Способ настройки резонансного заземления нейтрали трехфазных электрических сетей переменного тока

Использование: в электротехнике для компенсации емкостных токов однофазного замыкания на землю. Технический результат заключается в повышении точности и надежности. Согласно способу регулируют емкостную проводимость компенсирующего устройства за счет изменения емкости, включенной параллельно индуктивности реактора. Емкость компенсирующего устройства выбирают по эмпирическому соотношению

где С_д - требуемая величина добавочной емкости компенсирующего устройства, мкФ;

k - коэффициент, учитывающий изменения параметров электрической сети в режиме однофазного замыкания на землю, значения которого принадлежат интервалу [-0,573; 0,573];

b_Σ - результирующая проводимость резонансной цепи, мСм;

ω - угловая частота сети, с^-1;

R - активные потери компенсирующего устройства, Ом. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам компенсации емкостных токов однофазного замыкания на землю в электрических сетях с компенсированной нейтралью напряжением 6-35 кВ, и направлено на повышение точности резонансной настройки дугогасящих реакторов на суммарную емкость цепи для оптимизации процессов ее самозащиты в режиме однофазного короткого замыкания на землю.

В существующих способах компенсации емкостных токов используется предварительная резонансная настройка компенсирующих устройств без непосредственного измерения емкости цепи, когда дугогасящие реакторы настраивают до момента возникновения однофазного замыкания на землю. Согласно требованиям [1] необходимо вводить расстройку компенсации не менее 5% от резонанса, что снижает точность компенсации и приводит к увеличению остаточного тока в месте замыкания.

Известен способ измерения емкости сети, заключающийся в создании на нейтрали сети искусственного потенциала путем введения в качестве источника генератора переменной частоты и путем плавного изменения частоты генератора находят частоту резонанса дугогасящего реактора и емкости, после чего при известной фиксированной исходной индуктивности реактора на промышленной частоте вычисляют значение емкости цепи как величину, обратно пропорциональную квадрату найденной резонансной частоты [2]

где k=4·π²·L - постоянный коэффициент; С - емкость фаз сети на землю; L - индуктивность дугогасящего реактора; f_p - найденная частота резонанса емкости сети с индуктивностью реактора.

Недостатком этого способа является то, что он не учитывает изменения параметров электрической сети в режиме однофазного замыкания на землю, т.е. активные и индуктивные параметры линий электропередачи, уровень безотказности системы, а также удаленность места короткого замыкания и вероятность повторного зажигания дуги. Наибольшая часть установленной компенсирующей мощности в электрических сетях с LC-нейтралью приходится на дугогасящие реакторы со ступенчатым изменением величины индуктивности. Суммарная емкость подвержена изменениям от возмущающих факторов, тогда как индуктивность реактора имеет фиксированное значение. В сетях с резонансным заземлением нейтрали не удается добиться точной настройки резонанса токов с помощью серийных технических устройств, что приводит к авариям при замыканиях фазы на землю. Ограничения действия дуги при однофазных замыканиях в сетях 6-35 кВ добиваются полной компенсацией тока замыкания током дугогасящего реактора. Предлагаемый способ предусматривает устранение перекомпенсации и недокомпенсации емкостных токов сети для достижения максимальной эффективности от резонансного заземления нейтрали. Реализация способа не требует структурных изменений в топологии действующих распределительных систем и замены электрооборудования.

Задачей изобретения является повышение точности настройки резонансного заземления нейтрали сети и оптимизации процессов ее самозащиты в режиме однофазного замыкания на землю путем изменения емкости добавочного компенсирующего устройства, подключаемого в цепь параллельно ступенчатому дугогасящему реактору с фиксированным значением индуктивности.

Чертеж, поясняющий способ, представлен схемой замещения трехфазной электрической цепи с резонансным заземлением нейтрали. Схема образует параллельный контур, который содержит идеальные источнки ЭДС каждой фазы (элементы 1, 2, 3); омические сопротивления фаз (элементы 4, 5, 6); емкости каждой фазы (элементы 7, 8, 9); индуктивность L (элемент 10), образующая нейтраль контура. В схему включены резистивные элементы (11, 12, 13, 14), которые позволяют учесть потери электрической энергии в проводах. Параллельно к активно-индуктивному участку нейтрали (элементы 10, 14) подключены добавочная емкость компенсирующего устройства (элемент 16) и активное сопротивление (элемент 15), учитывающее потери.

Заявляемый способ предполагает по измеренным практически величинам емкостей фаз сети (7, 8, 9) и фиксированной индуктивности реактора в нейтрали (10) определять проводимости контуров с учетом активных сопротивлений, включенных последовательно (11, 12, 13, 15)

где ω - угловая частота сети, c^-1.

Результирующая проводимость определяется с учетом емкостных проводимостей фаз b_Σ=b_L-(b_A+b_B+b_C). Знак перед величиной b_Σ показывает направление настройки заземления нейтрали в резонанс. Когда b_Σ>0, то необходима компенсация суммарного емкостного тока; при b_Σ<0 - компенсация индуктивного тока реактора; если b_Σ=0, то можно утверждать, что рассматриваемая сеть имеет точную (полную) настройку резонансного заземления нейтрали и в таком случае нет необходимости в компенсации. На практике в электрических сетях со ступенчатыми дугогасящими реакторами в нейтрали добиться точной настройки резонанса токов достаточно проблематично в силу постоянства зафиксированной индуктивности реактора и подверженности суммарной емкости периодическим изменениям, вызванным внешними возмущающими факторами. В сетях 6-35 кВ для оптимизации режимов их работы необходимо бороться с явлениями недо- и перекомпенсации емкостных токов утечки. Для этих целей предлагается способ подбора требуемой емкости компенсирующего устройства, подключаемого параллельно индуктивности ступенчатого реактора. Расчет предполагает введение коэффициента, который учитывает воздействие возмущающих факторов на параметры сети в режиме однофазного замыкания в отношении вероятности отказа участка сети и повторного зажигания дуги. Возможность регулирования добавочной емкости позволяет добиться оптимальной настройки резонансного заземления нейтрали с помощью технических средств без нарушения структуры распределительной сети и не требует необходимости модернизации и замены электрооборудования. Емкость компенсирующего устройства (элемент 16) выбирают по эмпирическому соотношению

где С_д - требуемая величина добавочной емкости компенсирующего устройства, мкФ; k - коэффициент, учитывающий изменения параметров электрической сети в режиме однофазного замыкания на землю, значения которого принадлежат интервалу [-0,573; 0,573]; b_Σ - результирующая проводимость резонансной цепи, мСм; ω - угловая частота сети, с^-1; R_д - активные потери компенсирующего устройства, Ом.

Способ дает возможность определять для параметров цепи два значения добавочной емкости, обеспечивающей точную настройку заземления нейтрали, что расширяет спектр адекватной регулировки используемых компенсирующих устройств. Интервал значений коэффициента k зависит от изменения параметров электрической сети в режиме замыкания фазы на землю (ОЗЗ) и обоснован данными таблицы, в которой для различных значений k приведены вероятности отказа участка сети и повторного зажигания дуги в случае возникновения ОЗЗ. Величины выражены с учетом данных об изменении удаленности места замыкания и параметров линий электропередачи.

Таблица
Коэффициент k	Сд, мкФ	bΣ, мСм
±0,573	0,395	0,291	0,007	0,158
1,457
±0,085	5,702	1,958	0,037	0,172
6,763
±0,035	14,46	4,708	0,094	0,243
15,52
±0,026	20,03	6,458	0,143	0,424
21,09
±0,019	26,92	8,624	0,165	0,734
27,98

Предлагаемый способ настройки резонансного заземления нейтрали электрических сетей трехфазного переменного тока был проверен в производственных условиях в действующих распределительных сетях 6-35 кВ с резонансным заземлением нейтрали системы электроснабжения ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат», г. Старый Оскол. Эксперимент подтвердил правильность способа и актуальность его внедрения, а также позволил определить количественные зависимости между требуемой емкостью и основными возмущающими факторами, которые вносят коррективы в расчеты по настройке резонансного заземления нейтрали электрических сетей 6-35 кВ.

Основной целью настройки параметров резонансного заземления нейтрали служит повышение эффективности функционирования электрических сетей с компенсированной нейтралью на основе оптимизации процессов самозащиты в режиме однофазного замыкания на землю и минимизации токов замыкания на землю, а также снижения кратностей перенапряжений до приемлемых значений с учетом соблюдения нормализации показателей качества электроэнергии. Это достигается при обеспечении максимально возможной точности настройки параметров контуров цепи в режим резонанса токов путем подбора емкости компенсирующего устройства, подключенного параллельно индуктивности дугогасящего реактора.

Литература

1. Правила устройства электроустановок [Текст]: утв. М-вом энергетики Рос. Федерации 08.06.02: ввод. в действие с 01.01.03. - М.: ДЕАН, 2003. - 640 с.

2. Пат. 2170938 Российская Федерация, МПК G01R 27/18, Н02Н 9/08. Способ измерения емкости сети для автоматической настройки дугогасящих реакторов [Текст] / Брянцев A.M.; заявитель и патентообладатель Научно-технический центр Всероссийского электротехнического института им. В.И.Ленина. - №2000101918/09; заявл. 25.01.2000. - 8 с.

Способ настройки резонансного заземления нейтрали в режиме однофазного замыкания на землю, заключающийся в регулировании суммарной емкости сети относительно индуктивности ступенчатого дугогасящего реактора, отличающийся тем, что на нейтрали электрической цепи устанавливают компенсирующее устройство с регулируемой емкостью параллельно реактору и путем изменения этой емкости производят полную компенсацию проводимостей контуров цепи, образованными индуктивностью реактора и емкостью фаз для настройки заземления нейтрали в режим резонанса токов, величина емкости выбирается по эмпирическому соотношению

где С_д - требуемая величина добавочной емкости компенсирующего устройства, мкФ;

k - коэффициент, учитывающий изменения параметров электрической сети в режиме однофазного замыкания на землю, значения которого принадлежат интервалу [-0,573; 0,573];

b_Σ - результирующая проводимость резонансной цепи, мСм;

ω - угловая частота сети, с^-1;

R_д - активные потери компенсирующего устройства, Ом.