Földzárlati hibahely és hibahelyi ellenállás meghatározására szolgáló intelligens mérőműszer

A 20 kV-os légvezetéki elosztóhálózatok leggyakoribb hibafajtája a földzárlat, ezért eminens érdek fűződik ahhoz, hogy a földzárlatokat minél gyorsabban és pontosabban lokalizáljuk. Olyan mérőrendszert, mely mind az üzem közben létrejövő és fennmaradó, mind a múló földzárlatok esetében a hibahely és a hibahelyi ellenállás rövid idő alatt történő pontos megállapítására szolgál, ez ideig többet is kidolgoztak. E mérőrendszerek többnyire hálózati frekvenciás mérési módszereket alkalmaztak, melyek – a több másodperces méréseknek köszönhetően – viszonylag pontatlanoknak bizonyultak, s így nem terjedtek el.

Az itt vázlatosan bemutatott rendszerrel az a célunk, hogy egy, a korábbi mérési metódusok hátrányait kikü-szöbölő, az alállomások standard védelmi-automatika rendszerébe illeszkedő, egyszerű felépítésű, a gyakorlati igényeknek megfelelő pontosságú hibahely meghatározó berendezést mutassunk be, mely mindezek mellett gazdaságosan rendszerbe állítható.

A berendezés és maga a mérési eljárás is alapvetően két részből áll:

• Csillagponti aktív rész, mely lényegében egy vezérelt frekvenciájú áramgenerátor
• Leágazási mérések és adatgyűjtések, majd a mérési eredmények számítógépes kiértékelése a hibahely meghatározása érdekében

A mérés rövid idejű (0,5…1s), a csillagpontba injektált mérőáramra épül. A mérőáram ezúttal az alapharmonikus frekvenciától (és annak páratlan számú többszöröseitől) eltérő frekvenciával valósul meg.

Az áraminjektálás aktív eszköze egy, a mérőrendszer követelményei szerint vezérelhető kisfeszültségű inverter, melyhez speciális transzformátor, továbbá fojtó, szűrő és csatoló kondenzátorok, majd áramváltók csatlakoznak. A felsorolt komponensek (az inverter kivételével) csillagponti feszültségen dolgoznak, így ezek – a gyakorlati kialakítás szempontjából – a csillagponti berendezések mellett, kültéri berendezésként telepíthetők.

A leágazási méréseket a leágazások áramváltó köreiben (Holmgreen-ág) végezzük, a zérussorrendű feszültséget pedig a gyűjtősín feszültségváltója szolgáltatja.  E méréseket az adatgyűjtő berendezés sokcsatornás bemeneti egysége fogadja.

I. Működés földzárlat esetén

• Indítójel az U₀ feszültség effektív értékének megnövekedése; ha az U₀ nagyobb, mint a beállított érték, akkor ez indítja a mérési folyamatot és az injektáló egységet; az injektálás ca. 200 ms hosszan egy előre meghatározott frekvencián történik, melynek célja a hibás leágazás kiválasztása. A mért jelek alapján az adatfeldolgozó egység meghatározza a hibás leágazást.
• Újabb injektálás 0,5…1,0 s hosszan, immár a leágazásra előzetesen kiválasztott két különböző frekvencián. Az eljárás pontosságát nagyban növeli, hogy legalább két, az alapharmonikus frekvenciától és annak páratlan számú többszöröseitől eltérő, a hibás leágazásra kiválasztott frekvenciájú injektált mérőjelet használunk egyidejűleg (400-500 Hz).
• Az injektálással egyidejűleg a mérő és vezérlő egységgel szelektíven mérjük a leágazások, I₀₁….I_0n áramainak, elsősorban a hibásnak minősített leágazás áramának az injektált mérőjel frekvenciás összetevőit. Ugyanígy járunk el az U₀ esetében is.

II. Mérési értékek kiértékelése, végeredmény

A mérés és adattovábbítás, illetve ezen keresztül maga a mérési folyamat jelentősen gyorsítható, ha a leágazások közül csak a hibás (földzárlatos) leágazás zérus sorrendű áramának injektált mérőjel frekvenciás összetevőit mérjük és továbbítjuk az adatfeldolgozó egységbe. A hibás leágazás kiválasztására több ismert algoritmust alkalmazunk egyidejűleg és legalább két módszerrel kapott azonosság esetében tekintjük kikapcsolhatónak a hibásnak talált leágazást (pl. tranziens módszer, hatásos teljesítmény előjel módszer).

Valószínőség alapú kiértékelés az un. Paraméterillesztési eljárás segítségével. A hálózat villamos paramétereinek figyelembevételével összeállított modell (azaz megoszló paraméterű távvezeték modell) két ismeretlenjét a hibahelyi ellenállást és a hibahelyi távolságot rendre úgy változtatjuk, hogy a modellel szimulált és a mérő- és vezérlő egység által mért injektált mérőjel frekvenciás zérus sorrendű mennyiségek közötti eltérés egy előre meghatározott hibahatáron belül legyen, figyelembe véve a zárlati irányjelzők állásait, valamint a paraméterekhez rendelt valószínűségi változókat, akkor az így kapott értékpár a földzárlati hibahelyi távolság, valamint a hibahelyi ellenállás értéke. A valószínűségalapú megközelítéssel figyelembe vesszük a mintavételekhez tartozó mérések minőségét, és az l hibahelyi távolság tapasztalati hibavalószínűségét.

• A hibahelyi távolság alapján – a topológiai adatok birtokában – a hibahely pontos geográfiai koordinátái meghatározhatók. A végeredmény az alállomási kezelő személyzet tudomására hozható akár kijelzőn vagy nyomtatón, akár kommunikációs porton keresztül.

III. A berendezés üzembe helyezése

A mérések minőségét és pontosságát javítandó az alábbi lépések előzetes megtétele feltétlen szükséges:

• A mérőváltók szöghibáinak, azaz a szöghibát korrigáló értékek meghatározása; ezek bevitele az adatfeldolgozóba és tárolásuk
• A hálózat (az összes kitápláló ág) villamos jellemzőinek bevitele, tárolása
• Zárlati irányjelzők és a hálózati topológia adatainak bevitelei és tárolása
• Fenti előkészítő lépések után a hálózat hibamentes állapotában frekvencia szkennelés (300…900Hz, 40Hz-es lépésekben)

IV. A földzárlati hibahely meghatározó berendezésünk által megvalósított előnyök

• A hibás leágazás kiválasztása, a földzárlati hibahely, valamint a hibahelyi ellenállás értékének meghatározása valós időben, rövid idő alatt (<1 s)
• Mérési pontosságok: hibahelyi távolság esetén 1-2 %, hibahelyi ellenállás vonatkozásában 10 %-on belül
• A mérés gyorsasága alapján akár múló zárlatok (fabenövés, stb.) helyének meghatározására is alkalmas
• Az alapharmónikustól eltérő frekvenciák használata miatt a hálózaton végbemenő változásokra, tranziensekre messzemenően érzéketlen
• Az alapharmónikusnál nagyobb frekvenciák alkalmazása miatt az ismert megoldásoknál rövidebb ideig tartó mérés is elegendő
• Egyszerűen illeszthető az alállomások védelmi-automatika rendszerébe
• A rendszer egyszerű felépítésű; gazdaságos, mert viszonylag alacsony a telepítési és üzemeltetési költsége

A földzárlati hibahely meghatározó berendezésünk előnyeit, gyakorlati használhatóságát jól demonstrálja az a referenciaberendezés, mely a Opusz-Titász Zrt. Polgár alállomásán létesült.

VÁV Union Kft.

További friss híreket talál a Technokrata főoldalán! Csatlakozzon hozzánk a Facebookon is!