Обработка на еднофазни земни дефекти в 35кВ разпределителна линия
Разпределителни линии: ключов компонент на електроенергийните системи
Разпределителните линии са основен компонент на електроенергийните системи. На шината с едно и също напрежение се свързват множество разпределителни линии (за вход или изход), всяка от които има много разклонения, подредени радиално и свързани с разпределителни трансформатори. След намаление до ниско напрежение чрез тези трансформатори, електричеството се доставя до широк спектър от крайни потребители. В такива разпределителни мрежи често се появяват дефекти като междифазни кратки съединения, претоварване (превишаване на тока) и однофазни дефекти към земята. От тях, однофазните дефекти към земята са най-общи, представящи над 70% от общия брой системни дефекти. Освен това, много краткосъединения дефекти започват като однофазни дефекти към земята, които се развиват в многофазни земни дефекти.
Однофазни дефекти към земята се отнасят до ситуации, при които една от трите фази (A, B или C) на разпределителната линия се прекъсва и пада на земята, се докосва до дървета, сгради, стълби или кули, формирайки проводим път с земята. Те могат да произтичат и от прехвърлено напрежение, причинено от мълнии или други атмосферни условия, което поврежда изолацията на разпределителното оборудване, причинявайки значително намаление на изолационното съпротивление към земята.
Когато се появи однофазен дефект към земята в система с нисък ток на заземяване, не се образува пълен дефектен контур. Щегловският ток на заземяване е много по-малък от тока на натоварване, а линейните напрежения в системата остават симетрични, така че доставката на електричество към потребителите не се прекъсва веднага. Затова регламентите позволяват продължаване на работата с един земен дефект за до 2 часа. Обачно, напрежението на незасегнатите фази се увеличава относително към земята, представлявайки заплаха за изолацията. Поради това, линиите с наличен земен дефект трябва бързо да бъдат идентифицирани и обработени.
I. Идентификация на однофазни дефекти към земята на вспомогателните шини на 35кВ
Когато се появят однофазни дефекти към земята, ферорезонанс, загуба на фаза или изгаряне на високонапрежителни предпазни предпалици в напрежителни трансформатори (VTs), наблюдаваните явления могат да бъдат подобни, но внимателен анализ показва различия.
Однофазен дефект към земята:
Подстанцията и SCADA системата ще изпратят сигнали като „Заземяване на шина 35кВ“ или „Активиране на катушка за потопяване на дъга № X“. Релейната защита не се активира, но се генерира алармен сигнал. Напрежението на дефектната фаза намалява, докато напрежението на другите две фази се увеличава. Индикаторната лампа на VT за дефектната фаза се затъмнява, докато другите две се ярчават. При твърд (метален) земен дефект, напрежението на дефектната фаза пада до нула, а напрежението между другите две фази и земята се увеличава √3 пъти, докато линейните напрежения остават непроменени. Изходът 3V₀ на VT дава около 100В, а светлината за подаване на хармоники се осветява. Катушката за потопяване на дъга носи ток, равен на компенсиращия ток, съответстващ на нейната позиция. Ако е инсталирано устройство за избор на малък дефектен ток, то ще се активира и ще идентифицира дефектната линия. Ако дефектът е в рамките на подстанцията, физически признаци като видими дъги, дим и силни електрически шумове правят дефектната точка по-лесна за идентификация.Ферорезонанс:
Създава се напрежение на нейтралната точка, което изменя напрежението на трите фази. Типично, напрежението на една фаза се увеличава, докато на другите две намалява, или обратно, и линейните напрежения също се променят съответно. Тъй като напрежението на нейтралната точка не е нула, ток протича през катушката за потопяване на дъга, и могат да се появят сигнали за „заземяване на шина“, в зависимост от големината на напрежението на нейтралната точка.Загуба на фаза:
Напрежението на горния участък на загубената фаза се увеличава до 1.5 пъти нормалното напрежение, докато напрежението на долния участък пада до нула. Токът в дефектната фаза става нула, а напрежението на другите две фази леко намалява. Линейните напрежения остават непроменени. 3V₀ дава около 50В, катушката за потопяване на дъга носи ток, и се изпраща сигнал за заземяване. Потребителите вероятно ще докладват за прекъсване на електричеството.Изгаряне на високонапрежителна предпазна предпалица на VT:
Напрежението на изгорялата фаза значително намалява (типично под половината от нормалното напрежение на фазата), докато напрежението на другите фази не се увеличава. Линейните напрежения стават несбалансирани. Всички изходящи цепи на шината активират алармен сигнал за „отворена вълнова цепь“. 3V₀ дава около 33В, и се изпраща сигнал за заземяване.
Макар че тези четири условия—однофазен дефект към земята, ферорезонанс, загуба на фаза и изгаряне на високонапрежителна предпазна предпалица на VT—показват подобни симптоми, подробен анализ на фазните напрежения, линейните напрежения, 3V₀, тока на катушката за потопяване на дъга, автоматизираните сигнали на SCADA и докладите от операторите в контролната зала, може да позволи точно разграничаване на однофазен дефект към земята.
II. Процес на обработка на однофазни дефекти към земята на вспомогателните шини на 35кВ
При появата на дефект на заземяване на 35кВ линия, шината на 35кВ на подстанцията Ван’ан изпраща алармен сигнал за заземяване. Трябва незабавно да се уведомят служителите в централната контролна станция, за да проверят оборудването и състоянието на защитата в подстанцията (включително напрежението 3V₀, състоянието на устройството за избор на малък дефектен ток, температурата/токът на катушката за потопяване на дъга, и т.н.), и да се изпрати екип за обход на линията. След получаване на обратна информация от централната станция, потвърждаваща земен дефект, трябва да се извърши пробно свързване (пробно изключване) на линиите. Преди пробното свързване, трябва да се уведомят важните потребители.
За системи без устройства за пробно свързване, е възможно дистанционно изключване чрез SCADA, но първо трябва да се прехвърлят натоварванията на долните подстанции. В системи с вътрешни мостови връзки, автоматичните превключватели (ATS) трябва да бъдат изключени, за да се предотврати прехвърлянето на дефекта към здрави секции.След като конкретна линия е идентифицирана като дефектна, приоритет трябва да се даде на прехвърлянето на нейното натоварване, преди да се изключи дефектната линия. След това трябва да се уведомят екипът за обход на линията и служителите в централната станция, за да се обходи 35кВ линията и да се провери 35кВ оборудването в съответната 35кВ подстанция.
За да се предотврати разширяването на дефекта до междифазно кратко съединение, което може да доведе до внезапно прекъсване, дефектното оборудване трябва бързо да бъде локализирано и изолирано. Освен това, за да се предотврати прегряване и повреда на катушката за потопяване на дъга, дефектното оборудване обикновено трябва да бъде изолирано в рамките на 2 часа. Температурното увеличение на катушката трябва да бъде мониторирано и да се поддържа под 55°C. Ако това е превишило, трябва незабавно да се спре работата при однофазен дефект към земята и да се изключи дефектното оборудване. Ако заземяването продължи повече от 2 часа, ситуацията трябва да бъде докладвана на висшо ръководство.
III. Заключение
При появата на однофазен дефект към земята на разпределителна линия, величината и фазата на линейното напрежение остават непроменени, позволявайки краткосрочно продължаване на работата, без да се изключи дефектното оборудване. Въпреки че това подобрява надеждността на доставката, напрежението на двете здрави фази се увеличава до междифазни нива, увеличавайки риска от изгаряне на изолацията и последващи двуфазни дефекти към земята. Това представлява значителен риск за безопасната и икономична работа на оборудването в подстанцията и разпределителната мрежа. Затова, такива дефекти трябва да бъдат предотвратени, доколкото е възможно, и веднъж появени, дефектната точка трябва бързо да бъде локализирана и елиминирана, за да се подобри общата надеждност на доставката на електроенергия.
