На воздушной линии 35 кВ произошло длительное однофазное замыкание на землю (ОЗЗ). По проекту от этого повреждения предусмотрена направленная токовая защита нулевой последовательности (ТНЗНП). В данном случае ТНЗНП отказала, из-за этого ОЗЗ развилось в двойное замыкание на землю (КЗ). Замыкание было отключено на соседнем присоединении, а ОЗЗ на контролируемой линии никуда не исчезло.
В результате анализа осциллограмм силами эксплуатации и завода-изготовителя защиты возникло предположение, что отказ ТНЗНП произошёл из-за неправильного подключения защиты к разомкнутому треугольнику трансформатора напряжения (ТН). То есть якобы подключение было с обратной полярностью.
Рассмотрим подробно саму осциллограмму. На рис. 1-3 приведены фазные напряжения.
Рис. 1. Напряжение фазы A uA (действующее значение 18,3 кВ)
Рис. 2. Напряжение фазы B uB (действующее значение 0,3 кВ)
Рис. 3. Напряжение фазы C uC (действующее значение 18,1 кВ)
Из теории известно, что при металлическом ОЗЗ напряжения в неповреждённых фазах возрастают до значения линейного напряжения, т.е. их действующее значение должно быть равно порядка 35 кВ. Однако мы наблюдаем практически в 2 раза меньшие напряжения. Это говорит о том, что неправильно выбраны уставки коэффициента трансформации для фазных напряжений. Значение уставки коэффициента трансформации должно быть уменьшено в 2 раза.
Интересно посмотреть на то, как выглядит осциллограмма напряжения повреждённой фазы (рис. 4). По теории оно должно быть равно близким к нулю и иметь приблизительно синусоидальную форму. В данном случае наблюдается совсем другая картина, характерная для перемежающегося дугового замыкания. Интересно поднять вопрос, существуют ли вообще устойчивые ОЗЗ в строгом смысле слова или же все ОЗЗ – перемежающиеся дуговые замыкания, некоторые из которых с очень малым напряжением пробоя?
Рис. 4. Динамика изменения напряжения фазы B
По осциллограммам видим, что перед нами устойчивое металлическое ОЗЗ в фазе B.
На рис. 5 приведена осциллограмма напряжения нулевой последовательности.
Рис. 5. Измеренное утроенное напряжение нулевой последовательности 3u0,изм (действующее значение 36,7 кВ)
Сравним это измеренное напряжение нулевой последовательности с рассчитанным из фазных по формуле 3u0,расч = uA + uB + uC.
На рис. 6 приведены вместе измеренное и расчётное напряжения нулевой последовательности.
Рис. 6. Измеренное 3u0,изм и правильное расчётное 3u0,расч напряжения нулевой последовательности
Во-первых, видим, что эти напряжения отличаются по амплитуде. Возникает вопрос, какое из них правильное? При металлическом ОЗЗ напряжение нулевой последовательности примерно должно быть равно номинальному фазному напряжению. Здесь мы видим, что расчётное 3u0,расч имеет действующее значение 60,9 кВ, а утроенное номинальное фазное напряжение равно 60,6 кВ. Видим практически полное соответствие. Следовательно, вычисленное напряжение нулевой последовательности правильное, а измеряемое нет. Очевидно, это связано с тем, что неправильно заданы уставки коэффициента трансформации для разомкнутого треугольника ТН. Если посчитать, то получается, что отличие этих напряжений ровно в √3 раз. Требуется корректировка соответствующей уставки.
На рис. 7 приведены скорректированные по амплитуде напряжения.
Рис. 7. Измеренное 3u0,изм и правильное расчётное 3u0,расч напряжения нулевой последовательности, сдвиг по фазе 129°
Кроме амплитудного искажения, мы видим и фазовое смещение измеренного напряжения нулевой последовательности относительно вычисленного. Это может быть как раз та самая ошибка в выборе полярности при подключении к обмотке разомкнутого треугольника ТН. Однако сюрприз в том, что фазовый сдвиг составляет не 180°, а почему-то ровно 129°. Таким образом, на самом деле мы имеем дело с явлением более сложным, чем просто неправильный выбор полярности. Без привлечения дополнительной информации выяснить природу этого явления не представляется возможным.
Осциллограммы вы можете скачать здесь.