Вимірювання напруг секцій шин 6 (10) кв із застосуванням ємнісних подільників

Abstract

One of the problems in an electrical network with an isolated (compensated) neutral is the selective determination of a damaged element during a single-phase earth fault. Selective operation of protections against such damage can be ensured on the basis of the analysis of zero-sequence currents, phase voltages and zero-sequence voltage of the bus section from which these feeders are powered. As operational experience has shown, selective operation of protection against single-phase earth faults in such networks can be ensured only with the use of digital devices. There are no voltage transformers at many substations and distribution points of the energy systems of Ukraine with a voltage of 6 (10) kV. Therefore, it is not possible to use modern digital protection devices at such substations, which require information about the voltages of the bus sections. In addition, at modern transformer substations, taking into account the compact placement of equipment in them, it is physically impossible to additionally install traditional electromagnetic voltage transformers. Thus, to measure high voltage, it is necessary to use other methods of voltage measurement. One of these methods of measuring high voltage is the use of capacitive voltage dividers. A physical model of high voltage measurement was developed at the Department of Electric Power Engineering and Control Systems of Lviv Polytechnic National University using capacitive voltage dividers used in voltage indication systems on bus sections of substations with a voltage of 6 (10) kV. These capacitive voltage dividers were developed by the RELSiS company. After successful testing of this system on a physical model, it was put into experimental and practical exploitation at the operating substation RP-10 of PrJSC "Lvivoblenergo". The system was used for the operation of digital protection against single-phase earth faults in grids with an isolated (compensated) neutral "Altra". In "Altra" device, analog signals (voltages of bus sections and zero-sequence currents of feeders) are converted by an analog-digital device into a digital code. After that, the signal is filtered at the digital level - the main frequency signal is selected. Fourier transformation is used for digital filtering of the signal. Zero-sequence voltage value is calculated directly in the digital device based on the sine and cosine components of the phase voltages of the Fourier transform. The positive experience of experimental and practical exploitation of capacitive voltage dividers at the operating substation of PrJSC "Lvivoblenergo" makes it possible to recommend their use at other similar substations and distribution points of electrical networks with a voltage of 6 (10) kV, where there are no traditional electromagnetic voltage transformers.

Однією з проблем в електричній мережі з ізольованою (компенсованою) нейтраллю є селективне визначення пошкодженого елемента за однофазного замикання на землю. Селективна робота захистів від таких пошкоджень може бути забезпечена на основі аналізу струмів нульової послідовності приєднань, фазних напруг та напруги нульової послідовності секції шин, від якої живляться ці приєднання. Як показав досвід експлуатації, селективну роботу захистів від однофазних замикань на землю в таких мережах можна забезпечити тільки із застосуванням цифрових пристроїв. На багатьох підстанціях та розподільчих пунктах енергосистем України напругою 6 (10) кВ відсутні трансформатори напруги. Тому застосовувати на таких підстанціях сучасні цифрові засоби захисту, які потребують інформацію про напруги секцій шин, немає можливості. До того ж, на сучасних трансформаторних підстанціях, враховуючи компактність розміщення в них обладнання, додатково встановити традиційні електромагнітні трансформатори напруги фізично неможливо. Тому для вимірювання високої напруги необхідно застосовувати інші способи вимірювання. Одним з таких способів вимірювання високої напруги є використання ємнісних подільників. На кафедрі електроенергетики та систем управління НУ «Львівська політехніка» розроблено фізичну модель вимірювання високої напруги з використанням ємнісних подільників, що застосовуються в системах індикації наявності напруги на секціях шин підстанцій напругою 6 (10) кВ. Ці ємнісні подільники розроблені НВП РЕЛСіС. Після успішного випробовування цієї системи на фізичній моделі її впроваджено в дослідно-практичну експлуатацію на діючій підстанції РП-10 ПрАТ «Львівобленерго». Система використовувалась для функціонування цифрового захисту від однофазних замикань на землю в мережах з ізольованою (компенсованою) нейтраллю «Альтра». В пристрої «Альтра» аналогові сигнали (напруги секцій шин та струми нульової послідовності приєднань) перетворюються аналогово-цифровим пристроєм в цифровий код. Після цього на цифровому рівні здійснюється фільтрація сигналу — виділення сигналу основної частоти. Для цифрової фільтрації сигналу застосоване перетворення Фур’є. Обчислення значення напруги нульової послідовності здійснюється безпосередньо в цифровому пристрої на основі синусних та косинусних складових фазних напруг перетворення Фур’є. Позитивний досвід дослідно-практичної експлуатації ємнісних подільників на діючій підстанції ПрАТ «Львівобленерго» дозволяє рекомендувати використовувати їх на інших подібних підстанціях та розподільчих пунктах електричних мереж напругою 6 (10) кВ, де відсутні традиційні електромагнітні трансформатори напруги.