Исследование диагностических параметров режима однофазных замыканий на землю в электросетях 10 кВ

Актуальность. Распределительные электрические сети обладают наибольшей протяженностью в энергосистеме России, при этом самым распространённым типом повреждения в них является однофазное замыкание на землю. Селективное выявление повреждённой кабельной линии поможет избежать перетекания однофазного замыкания на землю в двухфазное и трёхфазное, что повысит надёжность электроснабжения потребителей.

Цель. Многопараметрический способ защиты от однофазных замыканий на землю использует несколько параметров электрических величин для определения режима сети, что позволяет сделать защиту селективной и более чувствительной. Разные параметры электрических величин могут представлять различную ценность для задачи распознавания режима. Целью исследования является изучение параметров токов и напряжений, которые могут быть использованы для релейной защиты от однофазных замыканий на землю, а также анализ возможности распознавания режима сети по различным информационным параметрам.

Методы. Для получения статистики о возможных режимах использовалось имитационное моделирование кабельной сети 10 кВ в программном комплексе Matlab в пакете расширения Simulink. Полученные в результате моделирования значения токов и напряжений нулевой последовательности обрабатывались с применением дискретного преобразования Фурье с целью фильтрации гармоник и получения их квадратурных составляющих.

Результаты. Предложены упрощенные структурно-функциональные схемы пусковых органов защиты от однофазных замыканий на землю. Установлено, что зависимости параметров электрических величин на графиках отображают области, различные для внутренних и внешних установившихся однофазных замыканиях на землю и дуговых перемежающихся однофазных замыканиях на землю. Дополнительно выявлено, что области существования различных режимов имеют взаимные пересечения.

Выводы. Результаты исследования могут быть использованы для реализации многопараметрической защиты в распределительных сетях 6–35 кВ.

1. Федотов А.И., Ахметвалеева Л.В., Басыров Р.Ш., и др. Нормирование амплитуды высших гармоник при определении фидера с однофазным замыканием на землю // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22. № 1. С.58-68.

2. Федотов А.И., Вагапов Г.В., Абдуллазянов А.Ф., и др. Цифровая система мониторинга повреждений на линиях электропередачи // Известия высших учебных заведений. П роблемы энергетики. 2021; Т. 23. № 1. С. 146-155.

3. Achitaev A.A., Suslov K.V., Volkova I.O., et al. Development of an algorithm for identifying single-phase ground fault conditions in cable and overhead lines in the networks with isolated neutral // Energy Reports. 2023. Vol. 9. pp. 1079-1086.

4. Toader D., Solea C., Vesa D., et al. Analysis of the possibilities of selective detection of a single line-to-ground fault in a medium voltage network with isolated neutral // Energies. 2021. Vol. 14. N 21. pp. 7019.

5. Kachesov V., Lebedev A., Kitova E. Monitoring in 6–35 kV power networks, location of singlephase ground fault and detection of fault feeder // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2023. Vol. 152. pp. 109271-109271.

6. Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрическ их сетях 6–10 кВ. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2001. 104 с.

7. Борухман, В.А. Об эксплуатации селективных защит от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ и мероприятиях по их совершенствованию // Энергетик. 2000, № 1. С. 20–22.

8. Андреев, В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Высшая школа, 2006. 639 с.

9. Воробьева Е.А., Добрягина О.А., Шадрикова Т.Ю. Способ повышения эффективности функционирования адмитансной защиты от замыканий на землю в кабельных сетях 6–10 кВ с изолированной нейтралью // Вестник ИГЭУ. № 4. С. 58-68.

10. Шуин В.А. Начальные фазовые соотношения электрических величин переходного процесса при замыканиях на землю в кабельных сетях 6-10 кВ // Электричество. 1991, № 10. С. 58-61.

11. Шуин В.А., Кутумов Ю.Д., Кузьмина Н.В., и др. Моделирование кабельных линий напряжением 6–10 кВ при расчетах переходных процессов при замыканиях на землю // Вестник ИГЭУ. 2021. № 5. С. 30-40.

12. Воробьева Е.А., Шуин В.А. Анализ достоверности эквивалентных моделей кабельных сетей 6-10 кВ для расчета переходных процессов при однофазных замыканиях на землю // Материалы международной научно-технической конференции: (XVIII Бенардосовские чтения); 27–29 мая 2015 г., Иваново. Иваново: ИГЭУ. С. 456–460.

13. Воробьева Е.А., Шуин В.А. Оценка точности эквивалентных моделей кабельных сетей 6-10 кВ для расчета переходных процессов при однофазных замыканиях на землю // Труды VI международной научно-технической конференции. Том 2. 09–13 ноября 2015 г., Иваново. Иваново: ИГЭУ. С. 63–66.

14. Maksimova M.N., Antonov V.I., Soldatov A.V., et al. Сonversion of intermittent arc fault currents to information signals for phase-to-ground fault protection // Power Technology and Engineering. 2022. Vol. 56. N 2. pp. 290-294.

15. Kuliński K., Heyduk A. Ground fault in medium-voltage power networks with an isolated neutral point: spectral and wavelet analysis of selected cases in an example industrial network modeled in the atp-emtp package // Energies. 2024. Vol. 17. N 7. pp. 1532.

16. Куликов А.Л., Мисриханов М.Ш. Введение в методы цифровой релейной защиты высоковольтных ЛЭП. Учеб. пособие. – М.: Энергоатомиздат, 2007. – 198 с.