RU2012105715A - Способ динамического обнаружения аварийного электрического разряда и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

1. Способ динамического обнаружения аварийного электрического разряда, характеризующийся тем, что зарегистрированный сигнал i(t) тока нагрузки контролируемой сети подается на два канала, в каждом из которых проходит три ступени обработки, при этом в первом канале на первой ступени оценивают отклонения зарегистрированного сигнала тока от периодической функции, выделяют регулярную компоненту, являющуюся детерминированной частью исходного сигнала, путем усреднения исходного сигнала по малому промежутку времени более чем в десять раз меньшим периода анализа Т, и берут ее среднеквадратичное значение; на второй ступени для повышения достоверности обнаружения аварийного электрического разряда выделяют высокочастотные составляющие, исключая медленно меняющиеся компоненты сигнала за несколько периодов анализа T; на третьей ступени сигнал фильтруют для исключения влияния отдельных импульсов большой амплитуды и учитывают историю предыдущих его значений за длительный временной промежуток со снижением вклада каждого значения в результат в зависимости от его давности; во втором канале на первой ступени выделяют иррегулярную компоненту, являющуюся стохастической частью исходного сигнала, путем вычитания регулярной компоненты из зарегистрированного сигнала i(t) и берут ее среднеквадратичное значение; на второй ступени выделяют высокочастотные составляющие, исключая медленно меняющиеся отклонения сигнала за несколько периодов анализа; на третьей степени сигнал фильтруют для исключения влияния отдельных импульсов большой амплитуды и учитывают историю предыдущих его значений за длительный временной пром�

Claims (8)

1. Способ динамического обнаружения аварийного электрического разряда, характеризующийся тем, что зарегистрированный сигнал i(t) тока нагрузки контролируемой сети подается на два канала, в каждом из которых проходит три ступени обработки, при этом в первом канале на первой ступени оценивают отклонения зарегистрированного сигнала тока от периодической функции, выделяют регулярную компоненту, являющуюся детерминированной частью исходного сигнала, путем усреднения исходного сигнала по малому промежутку времени более чем в десять раз меньшим периода анализа Т, и берут ее среднеквадратичное значение; на второй ступени для повышения достоверности обнаружения аварийного электрического разряда выделяют высокочастотные составляющие, исключая медленно меняющиеся компоненты сигнала за несколько периодов анализа T; на третьей ступени сигнал фильтруют для исключения влияния отдельных импульсов большой амплитуды и учитывают историю предыдущих его значений за длительный временной промежуток со снижением вклада каждого значения в результат в зависимости от его давности; во втором канале на первой ступени выделяют иррегулярную компоненту, являющуюся стохастической частью исходного сигнала, путем вычитания регулярной компоненты из зарегистрированного сигнала i(t) и берут ее среднеквадратичное значение; на второй ступени выделяют высокочастотные составляющие, исключая медленно меняющиеся отклонения сигнала за несколько периодов анализа; на третьей степени сигнал фильтруют для исключения влияния отдельных импульсов большой амплитуды и учитывают историю предыдущих его значений за длительный временной промежуток со снижением вклада каждого значения в результат в зависимости от его давности, затем полученные на выходах первого и второго каналов уровни сигнала сравнивают с заданными пороговыми значениями и в случае их превышения формируют команду тревоги, приводящую к обесточиванию контролируемой сети.

2. Способ динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.1, при котором на первой ступени для определения отклонения зарегистрированного сигнала тока от периодической функции из значений сигнала за текущий период анализа вычитают значения за предыдущий период анализа и рассчитывают среднеквадратичное значение x₁(t), являющееся оценкой апериодичности сигнала тока, по формуле:

$$x_1\left(t\right)=\frac{1}{2\tau \sqrt{T}}\sqrt{{\displaystyle \underset{t-T}{\overset{t}{\int }}{\left({\displaystyle \underset{\rho -\tau }{\overset{\rho +\tau }{\int }}\left(i\left(\theta \right)-i\left(\theta -T\right)d\theta \right)}\right)}^{2}d\rho }},$$

где i(t) - зарегистрированный сигнал тока;

Т - период анализа - фиксированный временной промежуток для переменного тока и постоянного тока, определяемый временем срабатывания защитных устройств: автоматического выключателя или устройства защитного отключения, установленных совместно и обеспечивающих дополнительную защиту электроустановки;

t - момент поступления зарегистрированного сигнала в каналы для обработки;

τ - радиус малой окрестности t;

ρ - моменты времени, лежащие на отрезке [t-T; t], по которым происходит усреднение;

θ - момент преобразования сигнала.

3. Способ динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.1, при котором для выделения иррегулярной компоненты на первой ступени из значений зарегистрированного сигнала тока вычитают значения регулярной компоненты, затем вычисляют среднеквадратичное значение x₂(t) по формуле:

$$x_2\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{T}}\sqrt{{\displaystyle \underset{t-T}{\overset{t}{\int }}{\left(i\left(\rho \right)-\frac{1}{2\tau }{\displaystyle \underset{\rho -\tau }{\overset{\rho +\tau }{\int }}i\left(\theta \right)d\theta }\right)}^{2}d\rho }}$$

4. В способе динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.1 на второй ступени в каждом из каналов для повышения достоверности определения аварийного электрического разряда выделяют высокочастотные составляющие, исключая медленно меняющиеся компоненты сигналов за несколько периодов анализа, и берут их абсолютные значения, рассчитывая по формуле:

$$y_k\left(t\right)=\left|x_k\left(t\right)-\frac{1}{rT}{\displaystyle \underset{t-T}{\overset{t}{\int }}{x}_k\left(\rho \right)d\rho }\right|$$

; k∈{1,2},

где r - число периодов анализа, по которым происходит усреднение;

k=1 - для первого канала, k=2 - для второго канала.

5. В способе динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.1 на третьей ступени сигналы, полученные на выходах второй ступени в каждом из каналов, фильтруют, применяя амплитудные фильтры, и суммируют с отфильтрованными с помощью фильтров низких частот сигналами, полученными за предыдущие периоды анализа, по формуле:

$$\{\begin{array}{c}{z}_k\left(t\right)={\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}{z}_k\left(\theta \right)\exp \left(a_k\left(\theta -t\right)\right)d\theta +\sqrt{2e}\sqrt{b_k}\frac{y_k^2\left(t\right)}{A}\exp \left[-b_k{\left(\frac{y_k\left(t\right)}{A}\right)}^2\right],t\ge 0}\\ z\left(t\right)=\mathrm{0,}t<\mathrm{0,}\end{array}$$

k∈{1,2},

где $$A=\frac{1}{\tau }{\displaystyle \underset{t-\tau }{\overset{t}{\int }}{y}_k\left(\theta \right)d\theta }$$

;

a_k - параметр успокоения характеризует степень влияния предыдущих значений на текущее;

b_k - параметр подавления характеризует степень влияния единичных импульсов большой амплитуды;

k=1 - для первого канала, k=2 - для второго канала.

6. Устройство динамического обнаружения аварийного электрического разряда, содержащее датчик тока нагрузки контролируемой сети с подключенным к выходу устройством защиты входа, сигнал с которого подают на широкополосный усилитель, с выхода которого он поступает на аналого-цифровой преобразователь, с использованием которого производят дискретное по времени считывание зарегистрированного сигнала i(t) тока нагрузки контролируемой сети, аналого-цифровой преобразователь подключен к функциональному модулю - цифровому логическому устройству, с помощью которого получают М отсчетов i_m за промежуток времени T_j, далее из полученного набора отсчетов поэлементно вычитают набор отсчетов, полученный за предыдущий промежуток времени T_j-1:

$$i_{m\mathrm{,1}}=\{\begin{array}{c}{i}_m-i_{m-M},m\ge M+1\\ i_m,m\le M\end{array}$$

,

где i_m - m-й элемент набора отчетов, полученного из дискретизированного сигнала тока нагрузки, считанного за временной промежуток T_j;

М - количество отсчетов, получаемых за промежуток времени T_j;

полученные наборы отсчетов усредняют, применяя оператор усреднения

$$i_{m\mathrm{,2}}=\frac{1}{m-\max \left\{m-S\mathrm{,1}\right\}+1}{\displaystyle \sum _{j=\max \left\{m-S\mathrm{,1}\right\}}^m}{i}_{j\mathrm{,2}}$$

,

где S - фиксированное количество отсчетов, попадающих в радиус малой окрестности τ;

и вычисляют норму полученного результата по формуле:

$$x_{n\mathrm{,1}}=\sqrt{\frac{1}{M+1}{\displaystyle \sum _{j=m-M}^m}{\left|i_{j\mathrm{,2}}\right|}^2}$$

;

для выделения высокочастотных составляющих к исходному набору отсчетов i_m применяют оператор усреднения согласно формуле:

$$i_{m\mathrm{,3}}=\frac{1}{m-\max \left\{m-S\mathrm{,1}\right\}+1}{\displaystyle \sum _{j=\max \left\{m-S\mathrm{,1}\right\}}^m}{i}_j$$

,

для повышения достоверности оценки исключают медленно меняющиеся составляющие последовательности отсчетов нескольких периодов анализа: из исходного набора отсчетов i_m поэлементно вычитают i_m,3, после чего вычисляют норму полученного набора чисел:

$$x_{n\mathrm{,2}}=\sqrt{\frac{1}{M+1}{\displaystyle \sum _{j=m-M}^m}{\left|i_j-i_{j\mathrm{,3}}\right|}^2}$$

;

далее из полученных значений x_n,1, x_n,2 вычитают средние арифметические значения наборов отсчетов x_m,k, полученных за последние r промежутков времени T_j, и берут их абсолютные величины:

$$y_{n,k}=\{\begin{array}{c}\left|x_{n,k}-\frac{1}{r+1}{\displaystyle \sum _{m=n-r}^n}{x}_{m,k}\right|,n\ge r\\ \left|x_{n,k}\right|,n<r\end{array}$$

^, k∈{1,2};

затем, применяя к каждой из последовательностей значений y_n,1, y_n,2 преобразование, эквивалентное двухступенчатой схеме фильтрации, состоящей из нелинейного фильтра подавления изолированных импульсов и линейного фильтра накопления:

$$z_{n,k}=\{\begin{array}{c}{\displaystyle \sum _{m=n-p}^{n-1}{z}_{m,k}\exp \left(a_k\left(m-n+1\right)\right)+\sqrt{2e}\sqrt{b_k}\frac{y_{n,k}^2}{B}\exp }\left[-b_k{\left(\frac{y_{n,k}}{B}\right)}^2\right],n\ge \max \left\{p,q\right\}\\ y_{n,k},n<\max \left\{p,q\right\}\end{array}$$

k∈{1,2};

где $$B=\frac{1}{q}{\displaystyle \sum _{m=n-q}^{n-1}}{y}_{m,k}$$

;

получают значения z_n,1 и z_n,2 и сравнивают их с заданными пороговыми значениями α и β, т.е. проверяют выполнение условия:

(z_n,1>α)&(z_n,2>β),

в случае выполнения этого условия формируют сигнал для отключения электроустановки, который с выхода блока управления и анализа подают на индикатор, выход которого подключен к реле, приводящее в действие исполнительный механизм, воздействующий на контактную группу, с помощью которого осуществляют обесточивание контролируемой сети.

7. Устройство динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.6 конструктивно и функционально может быть объединено с устройством защитного отключения.

8. Устройство динамического обнаружения аварийного электрического разряда по п.6 конструктивно и функционально может быть объединено с автоматическим выключателем защиты от перегрузок и сверхтоков.