Евгений Коновалов, главный специалист ОАО «ФСК ЕЭС»

Системный подход повышает эффективность заземления через ДГР

Татьяна Захарова, инженер ООО НПО «Техносервис-электро»

Степень опасности ОЗЗ в сетях 6–35 кВ в основном зависит от состояния нейтрали сети, от эффективности ее заземления, имеющей непосредственное отношение к борьбе с авариями в электрических сетях, а следовательно, к надежности электроснабжения потребителей.
В России в зависимости от состояния нейтрали сети 6–35 кВ применяются два способа гашения электрической дуги в месте однофазного замыкания на землю:

• отключение места повреждения;
• компенсация емкостного тока, протекающего через место замыкания на землю, индуктивными токами дугогасящих реакторов, которые обеспечивают самопогасание заземляющей дуги или безопасное ее горение.

Компенсация емкостного тока позволяет эффективно бороться с ОЗЗ, так как является бесконтактным средством дугогашения.
Анализ технологических нарушений в электрических сетях, ежегодно проводимый ОАО «Фирма ОРГРЭС», не раз показывал эффективность компенсации. Показателем эффективности компенсации является отношение количества замыканий на землю, не развившихся в короткие замыкания n_общ – n_кз, к общему количеству замыканий, т.е.

Э_к = [(n_общ – n_кз )/ n_общ ]•100 (%).

Таким образом, эффективность компенсации емкостных токов показывает, из какого числа замыканий на землю возникает одно короткое замыкание в сети, которое будет отключено действием релейной защиты.Показатель эффективности эксплуатации сети с изолированной нейтралью относительно такой же сети с эффективным заземлением нейтрали (где n_кз = n_общ, т.е. каждое замыкание на землю отключается релейной защитой), в соответствии со статистическими данными ОАО «Фирма ОРГРЭС», составляет примерно 30%, с компенсацией емкостных токов при использовании дугогасящих реакторов со ступенчатым регулированием – 60%.

Преимущества правильно используемой компенсации:

• уменьшение тока через место повреждения до минимальных значений;
• ограничение перенапряжений, возникающих при дуговых замыканиях на землю, до значений 2,5 U_ф при резонансной настройке;
• снижение скорости восстанавливающихся напряжений на поврежденной фазе, способствующее восстановлению диэлектрических свойств места повреждения в сети после каждого погасания перемежающейся заземляющей дуги;
• возможность длительной работы с замкнувшейся на землю фазой.

Все перечисленные преимущества компенсации имеют место только при резонансе или небольшой расстройке (1–3%).
В связи с тем, что емкостный ток изменяется в зависимости от режима работы сети, резонанс можно поддерживать только автоматически, применяя плавно регулируемые дугогасящие реакторы (плунжерного типа) и автоматическую систему управления.
Эффективность автоматической компенсации емкостных токов на основе плунжерных дугогасящих реакторов с плавным регулированием составляет 90%.

Проблемой является неправильное использование компенсации емкостных токов, встречающееся в практике эксплуатации.
Не выполняются указания и рекомендации по компенсации емкостных токов, изложенные в Правилах устройства электроустановок, ПТЭ, «Типовой инструкции по компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях 6–35 кВ». Тем самым преимущества компенсации сводятся на нет. Это дает повод некоторым специалистам делать выводы о недостатках компенсации и даже о ее вредности (большой уровень дуговых перенапряжений и возможность перехода однофазных замыканий в междуфазные при большой расстройке).
Большая расстройка, допускаемая в сети, это не недостаток самой компенсации, а результат ее неправильной эксплуатации.

Усугубляет проблему неэффективного использования компенсации отсутствие плавнорегулируемых дугогасящих реакторов надлежащего качества.
Опыт эксплуатации дугогасящих реакторов российского производства показывает недостаточное качество работы электроприводов, концевых выключателей, указателей положения плунжерных реакторов.
Необходимо отметить, что, по сравнению с заземлением нейтрали через низкоомный резистор, способ снижения токов в месте замыкания при помощи дугогасящих реакторов предъявляет высокие требования к надежности и селективности защитных устройств для определения места замыкания на землю.

Оптимальной можно считать систему гашения дуги однофазного замыкания, состоящую из постоянно настраиваемого дугогасящего реактора, автоматического регулятора, а также селективного высокочувствительного устройства обнаружения ОЗЗ.
Такая система давно используется в некоторых странах. В частности, в Германии применяется комплексная система защиты от ОЗЗ фирмы Trench (Австрия), созданная для сетей с компенсацией емкостных токов. В данной системе реализован метод селективного обнаружения ОЗЗ через большое сопротивление и применены средства для раннего определения повреждения в сетях 6–35 кВ, что невозможно при использовании традиционных методов и устройств.
Следует отметить, что в России проблемы компенсации и защиты от замыканий в распределительных сетях решаются не системно. В той же Германии уже несколько десятилетий используется принцип отыскания места ОЗЗ с помощью кратковременного (до 30 с) подключения в специальную дополнительную обмотку (500 В, 5% мощности дугогасящего реактора) резистора, увеличивающего активную составляющую тока замыкания, что позволяет определять поврежденное присоединение с помощью традиционных токовых защит.

Для работы автоматического регулятора и микропроцессорного устройства обнаружения ОЗЗ требуется изменение напряжения нулевой последовательности путем введения тока в нейтраль (вместо включения резистора).
Введение тока в нейтраль производится через вторичную дополнительную обмотку на ДГР.
Для этого разработаны устройства введения тока в нейтраль сети, например устройство типа ECI фирмы Trench. Оно аналогично устройству ввода тока на дугогасящих реакторах производства Центрального ремонтно-механического завода (ЦРМЗ) «Мосэнерго» с регуляторами настройки компенсации типа РНДК без функций поиска ОЗЗ. Однако конструкция дугогасящих реакторов ЦРМЗ «Мосэнерго» пока далека от совершенства, их отличает неважное качество электропривода и ненадежная работа концевых выключателей, а регуляторы РНДК выполнены на устаревшей элементной базе.
Микропроцессорное устройство обнаружения ОЗЗ системы EFD (Trench), кроме автоматического регулирования, производит непрерывное измерение проводимости на землю, контролируя снижение уровня изоляции сети через каждые 20 мс. Метод позволяет обнаружить однофазное замыкание на землю через большое сопротивление (до 100 кОм).

В России есть разработки, опыт применения которых подтверждает необходимость комплексного подхода к подавлению дуговых замыканий на землю с использованием ДГР.
В частности, на Рефтинской ГРЭС «Свердловэнерго» предприятие ООО ВП «НТБЭ» («Наука, техника, бизнес в энергетике», г. Екатеринбург) в сетях 6 кВ собственных нужд блоков 500 МВт (емкостный ток в пределах 5 А) внедрило систему автоматического подавления дуговых замыканий.
Система состоит из всережимного двухканального устройства регулирования токов компенсации типа УАРК.2-6/5-1 и модернизированного трансформаторного агрегата типа УДТМ-25/6У1М (устройство дугогасящее трансформаторное, разработка фирмы «ОРГРЭС»). При этом для повышения эффективности полной компенсации тока однофазного замыкания на землю была предусмотрена совместная работа системы автоматического подавления дуговых замыканий с селективными импульсными защитами от замыканий на землю, предназначенными для выявления и локализации поврежденного присоединения.
В результате внедрения полной компенсации с использованием защиты от ОЗЗ снизилось количество случаев групповых отключений электродвигателей и количество одновременно отключившихся присоединений.
Данный пример еще раз подтверждает эффективность комплексного подхода к компенсации, даже в сетях с малыми емкостными токами.

Литература

1. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. – М.: Энергия, 1971. – 52 с.
2. Лихачев Ф.А. Перенапряжения в сетях 6 кВ собственных нужд // Электрические станции. – 1983. – № 10.
3. Ефимов Ю.К., Шишкина О.Г., Обабков В.К., Целуевский Ю.Н. Система автоматического подавления дуговых замыканий в сетях собственных нужд энергоблоков 500 МВт // Электрические станции. – 1992. – № 5.