Науковий вісник НГУ

Защита от замыканий на землю в компенсированных электрических сетях на основе частотных фильтров

• 
• 

Рейтинг:   / 0

ПлохоОтлично 

Подробности

Категория: Содержание №1 2020

Обновлено 12 Март 2020

Опубликовано 12 Март 2020

Просмотров: 636

Authors:

В. Ф. Сивокобыленко, доктор технических наук, профессор, orcid.org/0000-0002-7720-0540, Донецкий национальный технический университет, г. Покровск, Донецкая обл., Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.; Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В. A. Лысенко, кандидат технических наук, orcid.org/0000-0002-6411-3114, Донецкий национальный технический университет, г. Покровск, Донецкая обл., Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.; Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 повний текст / full article

Цель. Разработка селективной микропроцессорной защиты от замыканий фазы на землю в компенсированных электрических сетях 6‒35 кВ. Использование алгоритма Гертцеля для выделения из напряжений и токов нулевой последовательности составляющих более высокой частоты, чем промышленная.

Методика. Используются методы математического моделирования и анализа переходных процессов в компенсированных электрических сетях 6‒35 кВ, преобразование Фурье и алгоритм Гертцеля, построение алгоритмов защиты от замыканий на землю, экспериментальные исследования.

Результаты. Результаты математического моделирования показывают, что в компенсированных сетях напряжением 6‒35 кВ при замыканиях фазы на землю направление реактивной мощности в поврежденном присоединении может быть таким же, как и в неповрежденном, в связи с чем конвенциональные защиты не могут обеспечивать селективного действия. Такое действие могут обеспечить защиты, основанные на выделении из напряжений и токов нулевой последовательности их составляющих с фиксированной частотой, взятой из диапазона 200‒300 Гц. Реактивная мощность для них в поврежденном присоединении всегда направлена от шин, так как практически не компенсируется реактором независимо от степени его резонансной настройки. При применении полосовых частотных фильтров требуемая чувствительность защиты не всегда обеспечивается при замыкании фазы на землю через сопротивления, превышающие 10‒15 Ом. Кроме того, возможно нарушение устойчивой работы фильтров из-за расположения их полюсов на окружности с единичным радиусом, а применение блоков численного дифференцирования токов и напряжений может привести к сбоям в работе при перемежающихся дуговых замыканиях на землю. Предложено применение алгоритма Гертцеля для выделения составляющих повышенной частоты. Он реализован в форме фильтра с бесконечной импульсной характеристикой второго порядка с двумя действительными коэффициентами в обратной связи и одним комплексным коэффициентом в цепи прямой связи. Результаты моделирования поведения защиты в системе компьютерной алгебры Mathcad подтвердили сокращение расчетных затрат и её стабильную работу независимо от наличия апериодических составляющих в токе при разных начальных фазах напряжения в момент замыкания. В защите предусмотрен пусковой орган, разрешающий работу защиты, если напряжение нулевой последовательности превышает заданную уставку, равную 12‒15 % от номинального. Для обеспечения надежной работы защиты, как при устойчивых, так и при дуговых замыканиях, предусмотрен автоматический подхват импульса срабатывания защиты при появлении замыкания. Получены положительные результаты работы алгоритма защиты на математической модели сети, а также на лабораторной установке образца, реализованного на микропроцессорной основе.

Научная новизна. Впервые для защиты от замыкания фазы на землю в компенсированных сетях напряжением 6‒35 кВ предложено выделять из напряжений и токов нулевой последовательности составляющие частоты выше промышленной с помощью частотных фильтров, основанных на алгоритме Гертцеля, являющегося усовершенствованным преобразованием Фурье, что позволило повысить чувствительность, быстродействие защиты и стабильность её работы.

Практическая значимость. Математическая модель компенсированной электрической сети позволяет анализировать поведение защиты при глухих и дуговых замыканиях на землю. Разработанная селективная защита от замыканий на землю позволяет повысить надежность работы систем электроснабжения 6‒35 кВ.

References.

1. Ghaderi, A., Ginn, H. L., & Mohammadpour, H. A. (2017). High Impedance Fault Detection: A Review. Electric Power Systems Research 143, 376-388. https://doi.org/10.1016/J.EPSR.2016.10.021.

2. Chen, K., Huang, C., & He, J. (2016). Fault Detection, Classification and Location for Transmission Lines and Distribution Systems: A Review on the Methods. High Voltage, 1(1), 25-33. https://doi.org/10.1049/hve.2016.0005.

3. Nikiforov, A. P. (2016). Optimization of control systems in a smart grid the power grid on the basis of generalization of information flows. Tekhnichna elektrodynamika, (5), 64-66. https://doi.org/10.15407/techned2016.05.064.

4. Druml, G., Schegner, P., Fickert, L., & Schlommer, M. (2015). Advantages of the New Combination - Petersen-Coil and Faulty-Phase-Earthing. In 23^rd International Conference on Electricity Distribution Lyon, 15–18 June 2015, (рр. 1-5). Retrieved from http://www.cired.at/pdf/CIRED2015_1450_final.pdf.

5. Ravlić, S., Marušić, A., & Havelka, J. (2017). An Improved Method for High Impedance Fault Detection in Medium Voltage Networks. Tehnicki Vjesnik – Technical Gazette, 24(2), 391-396. https://doi.org/10.17559/tv-20151012082303.

6. Wang, X., Song, G., Chang, Z., Luo, J., Gao, J., Wie, X., & Wie, Y. (2017). Faulty Feeder Detection Based on Mixed Atom Dictionary and Energy Spectrum Energy for Distribution Network. IET Generation, Transmission & Distribution, 12(3), 596-606. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2017.1250.

7. Altonen, J., Wahlroos, A., & Vähäkuopus, S. (2017). Application of Multi-Frequency Admittance-Based Fault Passage Indication in Practical Compensated Medium-Voltage Network. CIRED ‒ Open Access Proceedings Journal, (1), 947-951. https://doi.org/10.1049/oap-cired.2017.0967.

8. Venkataraman, K., Kirby, B., Hengxu, Ha., & Newman, P. (2014). Transient Earth Fault Detection on Compensated Earthed System. In 12 ^th IET International Conference on Developments in Power System Protection (DPSP 2014), 31 March ‒ 3 April 2014. https://doi.org/10.1049/cp.2014.0034.

9. Pitot, F., & Vassilevsky, N. (2015). Wattmetric earth fault protection – innovation for compensated distribution networks. In 23 ^rd International Conference on Electricity Distribution Lyon, 15‒18 June 2015. Paper 0963. (pр. 1-5). Retrieved from http://cired.net/publications/cired2015/papers/CIRED2015_0963_final.pdf.

10. Syvokobylenko, V. F., & Lysenko, V. A. (2019). Microprocessor Selective Protection from the Phase to the Earth Fault in Electric Networks with Petersen Coil in Neutral. Tekhnichna elektrodynamika, (2), 54-62. https://doi.org/10.15407/techned2019.02.054.

11. Syvokobylenko, V. F., & Lysenko, V. A. (2018). Use of the Fourie transform algorithm for improving phase to the earth fault protection in distribution electric networks. Naukovi pratsi Donetskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu. Seriia “Elektrotekhnika i enerhetyka”, 1(19) – 2(20).

12. Galanina, N. A., Dmitriev, D. D., & Akhmetzyanov, D. I. (2013). Goertzel algorithm for signals spectral analysis. Software systems and computational methods, 4, 376-383. https://doi.org/10.7256/2305-6061.2013.4.10543.

• < Назад
• Вперёд >