RU2372701C1 - Method for identification of feeder with single-phase earth fault and automatic load transfer in distribution networks - Google Patents

Method for identification of feeder with single-phase earth fault and automatic load transfer in distribution networks Download PDF

Info

Publication number
RU2372701C1
RU2372701C1 RU2008145314/09A RU2008145314A RU2372701C1 RU 2372701 C1 RU2372701 C1 RU 2372701C1 RU 2008145314/09 A RU2008145314/09 A RU 2008145314/09A RU 2008145314 A RU2008145314 A RU 2008145314A RU 2372701 C1 RU2372701 C1 RU 2372701C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
earth fault
feeder
phase earth
damaged
current
Prior art date
Application number
RU2008145314/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Борисович Шонин (RU)
Олег Борисович Шонин
Павел Альбертович Рогов (RU)
Павел Альбертович Рогов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)"
Priority to RU2008145314/09A priority Critical patent/RU2372701C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2372701C1 publication Critical patent/RU2372701C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: zero sequence currents without their own measurement and according selection of setpoints serve as monitored electric values, and only direction of supplying feeder current serves as basic parametre, which in its turn increases noise immunity. Continuous monitoring of zero sequence current condition in units, timely selective detection and disconnection of damaged point make it possible to avoid double earth faults. For practical realisation of suggested single-phase earth fault protection method, it is possible to use available devices and functional elements. Operations of measurement, multiplication with further integration, signal coding, information exchange with adjacent units, control of switches may be realised in a comparably simple manner with the help of microprocessor devices. It makes it possible at comparably low material expenses to provide for reliable, selective and fast-acting network protection against single-phased earth fault.
EFFECT: improved reliability of protected network operation.
3 dwg, 2 cl

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в устройствах селективной защиты для определения фидера с однофазным замыканием на землю в трехфазных распределительных разветвленных сетях среднего класса напряжений с изолированной, компенсированной или заземленной через резистор нейтралью с последующим отключением и при необходимости - безаварийным автоматическим вводом резерва.The present invention relates to electrical engineering and electric power industry and can be used in selective protection devices to determine a feeder with a single-phase earth fault in three-phase distribution branched networks of the middle voltage class with an isolated, compensated or grounded neutral through a resistor, followed by disconnection and, if necessary, trouble-free automatic input reserve.

Известен способ определения присоединения с однофазным замыканием на землю (ОЗЗ) на основе измерения тока нулевой последовательности (ТНП) каждой линии (Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. 1981, М., Энергоиздат; Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. 3-е изд. Л., 1985, Энергоатомиздат). Селективность таких защит обеспечивается отстройкой от собственного емкостного тока присоединения. Недостатком способа является то, что в ряде случаев невозможно выбрать уставку защиты из условия несрабатывания реле при внешнем ОЗЗ и условия срабатывания (чувствительности) на защищаемом присоединении. На практике это приводит к «загрублению» уставки и как следствие - к ложным срабатываниям исправных защит. В других случаях, выбор уставки невозможен, поскольку собственный емкостный ток присоединения равен или превышает значение суммы токов неповрежденных присоединений. Срабатывание защиты носит случайный характер, не связанный с уставкой. Применение таких защит целесообразно для обеспечения поперечной селективности присоединений с малыми собственными емкостными токами (Шонин О.Б., Рогов П.А. Оценка селективности устройств защиты от однофазных замыканий на землю в шахтных сетях 6(10) кВ. Статья сборника "Записки Горного института", СПб: СПГТИ(ТУ), 2008). Измерение тока отягчено погрешностью трансформатора тока нулевой последовательности (ТТНП), которая зависит от амплитуды и частоты тока. Для ТТНП типа ТЗЛМ и ТЗРЛ эти погрешности составляют 18-52% [Гречухина И.В., Слышалов В.К. Расчет электромагнитного поля кабельной оболочки в режиме однофазного замыкания. ИГЭУ, Вестник ИГЭУ, Выпуск II, Иваново, 2001]. В связи с этим выбор уставки на основе усредненных значений приводит к неверной оценке чувствительности и селективности.A known method for determining the connection with a single-phase earth fault (OZZ) on the basis of measuring the zero sequence current (TNI) of each line (Krivenkov VV, Novella VN Relay protection and automation of power supply systems. 1981, Moscow, Energoizdat; Shabad MA Calculations of relay protection and automation of distribution networks. 3rd ed. L., 1985, Energoatomizdat). The selectivity of such protections is provided by detuning from the own capacitive current of the connection. The disadvantage of this method is that in some cases it is impossible to select the protection setpoint from the condition of the relay not working with an external OZZ and the response condition (sensitivity) on the protected connection. In practice, this leads to a "roughening" of the set point and, as a consequence, to false positives of working protections. In other cases, the selection of the setpoint is not possible, since the own capacitive current of the connection is equal to or exceeds the value of the sum of the currents of the intact connections. The tripping of the protection is random in nature, not related to the setting. The use of such protections is advisable to ensure the transverse selectivity of connections with low intrinsic capacitive currents (Shonin OB, Rogov PA Assessment of the selectivity of protection devices from single-phase earth faults in mine networks 6 (10) kV. Collection article "Notes of the Mining Institute ", St. Petersburg: SPGTI (TU), 2008). The current measurement is aggravated by the error of the zero sequence current transformer (TTNP), which depends on the amplitude and frequency of the current. For TTNP type TZLM and TZRL these errors make up 18-52% [Grechukhina I.V., Slyshalov V.K. Calculation of the electromagnetic field of the cable sheath in single-phase mode. IHEU, Bulletin of IHEU, Issue II, Ivanovo, 2001]. In this regard, the choice of setpoint based on averaged values leads to an incorrect assessment of sensitivity and selectivity.

Известен более чувствительный и селективный способ централизованного определения присоединения с ОЗЗ, основанный на сравнении ТНП в переходном или установившемся режимах и определении поврежденного присоединения по одному из признаков, например по наибольшему току (Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1976). Однако в случае защиты присоединения с большим собственным емкостным током этот способ также не обеспечивает селективности. Кроме того, ложные срабатывания происходят из-за погрешностей датчиков тока. При замыкании удаленного присоединения в разветвленной сети в условиях срабатывания находятся защиты нескольких узлов нагрузок и поэтому обеспечить продольную селективность не удается.There is a more sensitive and selective way to centrally determine the connection with the OZZ, based on comparing the consumer goods in transient or steady state and determining the damaged connection according to one of the signs, for example, according to the highest current (Fedoseev A.M. Relay protection of electrical systems. Textbook for universities. - M .: Energy, 1976). However, in the case of connection protection with a large intrinsic capacitive current, this method also does not provide selectivity. In addition, false alarms occur due to errors in current sensors. When a remote connection is closed in a branched network under conditions of operation, the protection of several load nodes is found and therefore it is not possible to ensure longitudinal selectivity.

Рассмотренные ограничения справедливы и для способов с обратнозависимыми времятоковыми характеристиками.The considered limitations are also valid for methods with inverse time-current characteristics.

Известен способ определения присоединения с ОЗЗ, выбранный за прототип, основанный на принципе выявления направления мощности и позволяющий обеспечить поперечную селективность защит (Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - СПб: ПЭИПК, 2003, с.141). Этот способ реализован в устройстве направленной защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью (авторское свидетельство №1275622, H02H 3/16). Однако угловые погрешности порядка 60° для ТТНП типа ТЗЛМ и ТЗРЛ приводят к смещению зоны максимальной чувствительности и последующему неселективному срабатыванию. Обеспечение продольной селективности в разветвленной сети невозможно, поскольку условия на срабатывание в удаленном присоединении и питающих его фидерах совпадают.There is a known method for determining the connection with OZZ, selected for the prototype, based on the principle of identifying the direction of power and allowing for transverse selectivity of protection (Shabad MA, Calculations of relay protection and automation of distribution networks. - St. Petersburg: PEIPK, 2003, p. 141). This method is implemented in a device for directional protection against single-phase earth faults in a network with isolated or compensated neutral (copyright certificate No. 1275622, H02H 3/16). However, angular errors of the order of 60 ° for TTNP type TZLM and TZRL lead to a shift in the zone of maximum sensitivity and subsequent non-selective operation. Ensuring longitudinal selectivity in an extensive network is impossible, since the conditions for operation in the remote connection and the feeders feeding it coincide.

Также известны следующие способы:The following methods are also known:

Способ определения фидера с однофазным дуговым замыканием на землю в радиальных распределительных кабельных сетях (РФ 2254586, G01R 31/08, 24.12.2003), заключающийся в том, что в режиме однофазного замыкания регистрируют переходное напряжения на шинах главного пункта питания и первые полуволны переходных токов в отходящих фидерах и сопоставляют полярности токов, фидер, имеющий полярность тока, противоположную по отношению к остальным, считается поврежденным, при этом сначала выполняют распознавание режима замыкания на основе анализа фазных напряжений на шинах главного пункта питания, после чего сопоставляют полярности первых полуволн переходных токов, регистрируемых в проводниках, соединяющих оболочки кабелей с контуром заземления подстанции. Недостатком способа является то, что необходимость в регистрации напряжения нулевой последовательности требует использование датчика напряжения, учета его погрешностей, учета периода восстановления фазных напряжений, после ликвидации замыкания на землю это приводит к увеличению зон нечувствительности защиты. Выход из строя (перегорание) даже одного предохранителя электромагнитных трансформаторов напряжения приводит к неправильному функционированию защиты или выходу ее из строя. При использовании в распределительной сети нескольких электромагнитных измерительных трансформаторов напряжения возможны веерные отключения неповрежденных присоединений из-за феррорезонансных явлений. При замыкании на землю через переходное сопротивление возможны отказы срабатывания защиты из-за низкого уровня напряжения нулевой последовательности. Кроме того, этот способ не обеспечивает продольной селективности.A method for determining a feeder with a single-phase arc fault to ground in radial distribution cable networks (RF 2254586, G01R 31/08, 12.24.2003), which consists in the fact that in the single-phase fault mode, the transient voltage is recorded on the buses of the main power point and the first half-waves of transient currents in the outgoing feeders and the polarities of the currents are compared, a feeder having a current polarity opposite to the others is considered damaged, and first, recognition of the closure mode based on the analysis of phase voltage on the buses of the main power point, after which the polarities of the first half-waves of the transient currents recorded in the conductors connecting the cable sheaths to the substation ground loop are compared. The disadvantage of this method is that the need to register a zero-sequence voltage requires the use of a voltage sensor, taking into account its errors, taking into account the recovery period of phase voltages, after the elimination of an earth fault, this leads to an increase in the dead zones of protection. Failure (blowing out) of even one fuse of electromagnetic voltage transformers leads to malfunctioning of the protection or its failure. When several electromagnetic measuring voltage transformers are used in the distribution network, fan disconnections of undamaged connections are possible due to ferroresonance phenomena. In the event of an earth fault through the transition resistance, failures of the protection operation may occur due to the low voltage of the zero sequence voltage. In addition, this method does not provide longitudinal selectivity.

Способ защиты трехфазной сети от однофазных замыканий на землю (РФ 2309507, 10.05.2006), основанный на использовании контролируемой электрической величины - пульсирующей мощности защищаемых линий, выделяемой путем измерения или вычисления мгновенной мощности трех фаз линий и одновременно ее среднего значения. Для измерения или вычисления мгновенной мощности трех фаз линий и ее составляющих используются фазные/линейные напряжения сети. В ряде случаев невозможно выбрать уставку для контролируемого параметра в силу "эксплуатационной" нестабильности схемы сети, выражающейся в изменении значений емкостных токов фидеров и суммарного емкостного тока сети, в частности, в результате отключения/подключения линий. Надежность определения поврежденного присоединения зависит от точности измерения тока и напряжения в условиях помех в виде небаланса токов и напряжений и погрешностей соответствующих датчиков, значения которых могут достигать до 60% в зависимости от уровня сигнала и частоты сигнала.A method of protecting a three-phase network from single-phase earth faults (RF 2309507, 05/10/2006), based on the use of a controlled electrical quantity - the pulsating power of the protected lines, allocated by measuring or calculating the instantaneous power of the three phases of the lines and at the same time its average value. To measure or calculate the instantaneous power of the three phases of the lines and its components, phase / line voltages of the network are used. In some cases, it is impossible to select the setpoint for the monitored parameter due to the "operational" instability of the network circuit, expressed in changes in the capacitive currents of the feeders and the total capacitive current of the network, in particular, as a result of disconnecting / connecting lines. The reliability of determining a damaged connection depends on the accuracy of measuring current and voltage under interference in the form of an unbalance of currents and voltages and errors of the corresponding sensors, the values of which can reach up to 60% depending on the signal level and signal frequency.

К другим существенным недостаткам перечисленных способов относятся:Other significant disadvantages of these methods include:

1. Несогласованность работы устройств защиты с устройствами автоматики приводит к развитию аварийного режима.1. Inconsistency of the protection devices with automation devices leads to the development of emergency mode.

2. Чувствительность к изменению конфигурации сети приводит к рассогласованию уставок в исходной и новой сети, возникающей, например, вследствие срабатывания устройств автоматики.2. Sensitivity to changes in the network configuration leads to a mismatch of the settings in the original and new networks, arising, for example, due to the operation of automation devices.

3. Совпадение условий срабатывания в удаленном присоединении и питающих фидерах не позволяют обеспечить селективное определение поврежденного присоединения в продольном сечении разветвленных сетей, что в свою очередь снижает надежность безаварийного ввода резерва.3. The coincidence of the response conditions in the remote connection and the supply feeders do not allow selective determination of the damaged connection in the longitudinal section of branched networks, which in turn reduces the reliability of the emergency input of the reserve.

К существенным недостаткам других известных способов относятся:Significant disadvantages of other known methods include:

1. Ряд способов реализуется только в сетях с изолированной нейтралью.1. A number of methods are implemented only in networks with isolated neutral.

2. Использование в качестве контролируемой величины установившегося значения тока нулевой последовательности не позволяет выявить фидеры с кратковременными самоустраняющимися замыканиями.2. Using as a controlled quantity the steady-state value of the zero sequence current does not make it possible to identify feeders with short-term self-eliminating faults.

3. Необходимость в кратковременных включениях в сеть дополнительных элементов в соответствии с идеей способа исключает автоматический режим работы защиты и требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, использования специального коммутационного и измерительного оборудования, что приводит к относительно большому времени определения поврежденного присоединения.3. The need for short-term inclusion in the network of additional elements in accordance with the idea of the method eliminates the automatic operation of the protection and requires the constant presence of maintenance personnel, the use of special switching and measuring equipment, which leads to a relatively large time to determine the damaged connection.

4. Необходимость в искусственном замыкании на землю может вызвать развитие аварийного режима, особенно в разветвленных сетях.4. The need for an artificial earth fault can cause emergency conditions, especially in branched networks.

5. В ряде способов срабатывание защиты может носить случайный характер, поскольку высшие гармонические составляющие тока нулевой последовательности изменяются в широком диапазоне из-за ряда случайных факторов, например коэффициента несинусоидальности напряжения сети, резонансных процессов и т.п..5. In a number of ways, the protection operation can be random, since the higher harmonic components of the zero sequence current vary over a wide range due to a number of random factors, for example, the non-sinusoidality coefficient of the mains voltage, resonant processes, etc.

6. В ряде способов надежная работа защит не обеспечивается в виду малого значения высших гармонических составляющих тока нулевой последовательности присоединений.6. In a number of ways, reliable operation of the protections is not ensured in view of the small value of the higher harmonic components of the current of the zero sequence of connections.

7. При использовании «наложенного тока» его протекание возможно не только по поврежденной линии, но и по неповрежденным линиям с относительно большой емкостью, особенно при замыканиях через большое переходное сопротивление.7. When using "superimposed current", its flow is possible not only along the damaged line, but also along the undamaged lines with a relatively large capacity, especially when short circuits through a large transition resistance.

Перечисленные недостатки снижают надежность, селективность, чувствительность защит, увеличивают время выявления повреждения, повышают вероятность ложных срабатываний и аварийного ввода резерва.These shortcomings reduce the reliability, selectivity, sensitivity of the protection, increase the time to detect damage, increase the likelihood of false positives and emergency input reserve.

Технический результат состоит в повышении надежности работы защищаемой сети.The technical result consists in increasing the reliability of the protected network.

Технический результат достигается тем, что в условиях изменяющейся структуры разветвленной высоковольтной сети и изменения параметров однофазного замыкания на землю, наличия несбалансированных сигналов датчиков тока и напряжения нулевой последовательности фидер с однофазным замыканием на землю определяют на основе контроля электрических величин в защищаемой сети и их сравнения с учетом фазовых соотношений согласно изобретению: поврежденное немагистральное присоединение в узле нагрузки однозначно определяют путем сравнения направлений переходных и/или установившихся токов нулевой последовательности отходящих фидеров с опорным сигналом - током нулевой последовательности кабеля, питающего узел нагрузки, с последующей выработкой команды на отключение поврежденного фидера и передачи команды по каналу связи на блокировку срабатывания защит вышестоящих узлов.The technical result is achieved by the fact that in a changing structure of a branched high-voltage network and changing parameters of a single-phase earth fault, the presence of unbalanced signals of current and voltage sensors of a zero sequence, a feeder with a single-phase earth fault is determined based on the control of electrical quantities in the protected network and their comparison, taking into account phase relations according to the invention: a damaged non-trunk connection in the load node is uniquely determined by comparing occurrences of transient and / or steady-state zero-sequence currents outgoing feeders with a reference signal - cable zero sequence current supplying unit load with subsequent generation of commands to disable the faulty feeder and transmission over the communication channel activation command for disabling parent nodes protections.

Также технический результат достигается тем, что при выявлении повреждения в магистральном кабеле и отсутствии блокировки срабатывания с нижестоящих узлов формируется команда на двухстороннее отключение этого кабеля с последующим присоединением нижестоящего отключенного узла к резервной линии.The technical result is also achieved by the fact that when damage is detected in the main cable and there is no blocking of operation from the downstream nodes, a team is formed to disconnect this cable from both sides and then connect the downstream node to the backup line.

Это позволяет повысить поперечную и продольную селективность, повысить помехоустойчивость, исключить необходимость непосредственного измерения и сравнения токов и напряжений, отказаться от датчиков напряжения нулевой последовательности.This allows increasing lateral and longitudinal selectivity, increasing noise immunity, eliminating the need for direct measurement and comparison of currents and voltages, and eliminating zero-sequence voltage sensors.

Сущность способа основана на преобразовании фазовых соотношений между токами нулевой последовательности в логические переменные, обмене информации между узлами нагрузок (УН), выявлении поврежденного фидера на основе анализа логических переменных. Суть метода заключается в том, что направления тока нулевой последовательности (ТНП) в отходящих присоединениях по отношению к направлению тока, питающего фидеры, кодируются как логическая единица при синфазности сравниваемых токов или как логический ноль при их противофазности или малом уровне сравниваемых токов. Поврежденным считается фидер, кодирование тока нулевой последовательности которого дает единицу при условии, что кодирование остальных дает ноль. Для выявления замыкания на магистральном (межузловом) кабеле требуется межузловой обмен информацией, отражающей распределение токов в смежных узлах. В случае повреждения межузлового кабеля в схеме "разомкнутое кольцо" подается команда на двухстороннее отключение фидера и ввод резерва.The essence of the method is based on the conversion of phase relations between the zero sequence currents into logical variables, the exchange of information between load nodes (UN), the identification of a damaged feeder based on the analysis of logical variables. The essence of the method is that the directions of the zero sequence current (TNR) in the outgoing connections with respect to the direction of the current supplying the feeders are encoded as a logical unit when the compared currents are in phase or as a logical zero when they are out of phase or have a low level of compared currents. A feeder is considered to be damaged, the coding of the zero sequence current of which gives one, provided that the coding of the rest gives zero. To identify a short circuit on the trunk (inter-node) cable, an inter-node exchange of information is required, reflecting the distribution of currents in adjacent nodes. In case of damage to the inter-site cable in the "open ring" circuit, a command is sent for two-way disconnection of the feeder and input of the reserve.

Предлагаемый способ защиты от ОЗЗ поясняется с помощью фрагмента типовой разветвленной распределительной сети с указанием направлений токов нулевой последовательности при ОЗЗ на линии 4 узла нагрузки 4, представленной на фиг.1, и функциональной блок-схемы предлагаемого способа защиты, представленной на фиг.2.The proposed method of protection against OZZ is explained using a fragment of a typical branched distribution network indicating the directions of zero sequence currents with OZZ on line 4 of the load node 4 shown in Fig. 1 and a functional block diagram of the proposed protection method presented in Fig. 2.

Фрагмент типовой разветвленной распределительной сети, представленный на фиг.1, содержит следующие блоки:A fragment of a typical branched distribution network, shown in figure 1, contains the following blocks:

1, 2, 3.1, 3.2, 4 - узлы нагрузки (нумерация дана от источника питания);1, 2, 3.1, 3.2, 4 - load nodes (numbering is given from the power source);

1.0 - фидер, питающий узел нагрузки 1;1.0 - feeder feeding the load node 1;

1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 - отходящие линии 1, 2, 3, 4, 5 узла нагрузки 1;1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 - outgoing lines 1, 2, 3, 4, 5 of the load node 1;

1.6 - резервная линий питания узла нагрузки 1.1.6 - backup power supply lines of the load node 1.

Блоками 6 представлены автоматические выключатели соответствующих фидеров и межсекционные автоматические выключатели. Блоками 7 представлены датчики тока нулевой последовательности соответствующих фидеров. Блоком 8 представлен поврежденный фидер с сопротивлением замыкания на землю RЗ фазы А.Blocks 6 represent the circuit breakers of the respective feeders and intersectional circuit breakers. Blocks 7 represent the zero sequence current sensors of the corresponding feeders. Block 8 presents a damaged feeder with earth fault resistance R З phase A.

На примере блока 1 видно, что каждый узел имеет один питающий фидер, несколько присоединений, отходящий магистральный кабель и одну линию аварийного питания. На примере блока 2 показано, что питающая линия каждого узла подключена через автоматический выключатель, все отходящие линии имеют автоматические выключатели и оснащены измерительными датчиками тока нулевой последовательности. Предполагается, что защита, реализующая предложенный способ, установлена в каждом узле. Выявление поврежденного присоединения производится параллельно во всех узлах, что позволяет быстро определить поврежденную линию независимо от числа узлов в сети. Защита обеспечивает надежную работу в узле при двух и более подключенных отходящих линиях.On the example of block 1, it can be seen that each node has one supply feeder, several connections, an outgoing trunk cable and one emergency power line. On the example of block 2 it is shown that the supply line of each node is connected through a circuit breaker, all outgoing lines have circuit breakers and are equipped with zero sequence current sensors. It is assumed that the protection that implements the proposed method is installed in each node. Identification of a damaged connection is made in parallel in all nodes, which allows you to quickly identify a damaged line regardless of the number of nodes in the network. Protection ensures reliable operation in the node with two or more connected outgoing lines.

Функциональная блок-схема предлагаемого способа защиты содержит следующие блоки:Functional block diagram of the proposed method of protection contains the following blocks:

1 - блок измерения и преобразования токов нулевой последовательности;1 - unit for measuring and converting currents of the zero sequence;

2 - блок перемножения сигналов с последующим интегрированием на конечном интервале времени;2 - block multiplication of signals with subsequent integration on a finite time interval;

3 - блок кодирования;3 - coding unit;

4 - уставка небаланса тока нулевой последовательности;4 - zero-sequence current unbalance setting;

5 - блок определения поврежденной линии узла;5 - unit for determining a damaged line node;

6 - блок передачи и приема информации;6 - block transmission and reception of information;

7 - канал связи;7 - communication channel;

8 - блок управления выключателями;8 - control unit switches;

9 - блок временной задержки.9 - block time delay.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

На входы блока измерения и преобразования 1 непрерывно поступают сигналы с датчиков тока нулевой последовательности, установленных на линии, питающей узел нагрузки (3I0in), и на N отходящих линиях узла нагрузки (3I0out1, 3I0out2, …, 3I0outN). В блоке 2 осуществляется выявление синфазности/противофазности токов нулевой последовательности отходящих линий по отношению к току питающей узел линии путем перемножения сигнала тока нулевой последовательности каждой отходящей линии с сигналом тока нулевой последовательности питающей линии с последующим численным интегрированием на конечном интервале времени. Время интегрирования выбирается исходя из условия отстройки от помех, например, вызванных коммутациями в сети. Положительный сигнал на выходе блока 2 указывает на синфазность токов, отрицательный - на противофазность. В блоке 3 осуществляется кодирование сигналов путем сравнения каждого с уставкой небаланса тока (блок 4). Если значение сигнала меньше уставки - то он принимается равным нулю, если больше, то сигнал нормируется до значения 1. В блоке 5 осуществляется определение поврежденной линии узла. Поврежденным считается фидер, кодирование сигнала тока нулевой последовательности которого дает единицу при условии, что кодирование остальных сигналов тока дает ноль. При выявлении поврежденной линии в узле на блок 8 поступает сигнал с номером поврежденной линии и посредствам блоков 6 и 7 подается команда блокировки на срабатывание защиты вышестоящего узла. Блок 8 осуществляет подачу сигнала на отключение выявленной поврежденной линии при отсутствии команды блокировки от нижестоящего узла в течение временной выдержки (блок 9), обусловленной временем выявления повреждения на нижестоящем узле и временем передачи команды. Такой способ позволяет однозначно выявить и отключить только поврежденное присоединение в разветвленной распределительной сети. При обнаружении повреждения в межузловой линии схемы "разомкнутое кольцо" осуществляется двухстороннее отключение магистрального фидера и автоматический ввод резерва посредством блоков 6 и 7.The inputs of the measurement and conversion unit 1 continuously receive signals from zero-sequence current sensors installed on the line supplying the load node (3I 0in ), and on the N outgoing lines of the load node (3I 0out1 , 3I 0out2 , ..., 3I 0outN ). In block 2, the out-of-phase / out-of-phase currents of the zero sequence of the outgoing lines are detected with respect to the current supplying the line node by multiplying the zero-sequence current signal of each outgoing line with the zero-sequence current signal of the supply line, followed by numerical integration over a finite time interval. The integration time is selected based on the condition of the detuning from interference, for example, caused by switching in the network. A positive signal at the output of block 2 indicates the in-phase currents, a negative signal indicates antiphase. In block 3, the signals are encoded by comparing each with the current unbalance setting (block 4). If the signal value is less than the setting, then it is taken to be zero, if it is more, then the signal is normalized to value 1. In block 5, the damaged node line is determined. A feeder is considered damaged if the encoding of the zero-sequence current signal gives one, provided that the encoding of the remaining current signals gives zero. When a damaged line is detected in the node, block 8 receives a signal with the number of the damaged line and blocks 6 and 7 send a blocking command to activate the protection of the higher node. Block 8 provides a signal for shutting down the detected damaged line in the absence of a blocking command from a subordinate node during a time delay (block 9), due to the time of detecting damage on the downstream node and the transmission time of the command. This method allows you to unambiguously identify and disable only a damaged connection in a branched distribution network. If damage is detected in the interstitial line of the "open ring" circuit, the main feeder is bi-directionally switched off and the reserve is automatically entered through blocks 6 and 7.

В качестве контролируемых электрических величин служат только токи нулевой последовательности без их собственного измерения и соответствующего выбора уставок, а в качестве базового параметра используется только направление тока питающего фидера, что в свою очередь повышает помехоустойчивость. Непрерывный контроль состояния токов нулевой последовательности в узлах, своевременное селективное выявление и отключение поврежденного присоединения позволяет исключить возможность возникновения двойных замыканий на землю.Only zero-sequence currents without their own measurement and the corresponding choice of settings serve as controlled electrical quantities, and only the direction of the current of the supply feeder is used as a basic parameter, which in turn increases the noise immunity. Continuous monitoring of the state of zero sequence currents in the nodes, timely selective detection and disconnection of the damaged connection eliminates the possibility of double earth faults.

Предлагаемый способ защиты от ОЗЗ может быть применен в разветвленных сетях любой конфигурации при различных соотношениях между емкостями линий, позволяет быстро и селективно выявить поврежденную линию и удовлетворяет требованиям, предъявляемым к защитам шахтных сетей. Быстрая локализация позволяет снизить вероятность повреждения электрическим током, вероятность взрывов, пожаров. Повышение селективности и надежности защиты исключает развитие аварийных режимов, неоправданные отключения линий, перерывы в электроснабжении. Способ позволяет осуществлять безаварийные вводы резерва. Все это способствует повышению эффективности производства.The proposed method of protection against OZZ can be applied in branched networks of any configuration with different ratios between line capacities, allows you to quickly and selectively identify a damaged line and meets the requirements for protection of mine networks. Fast localization reduces the likelihood of electric shock, the likelihood of explosions, fires. Improving the selectivity and reliability of protection eliminates the development of emergency conditions, unjustified shutdowns of lines, interruptions in power supply. The method allows for trouble-free entries of the reserve. All this helps to increase production efficiency.

Для практического осуществления предлагаемого способа защиты от ОЗЗ могут быть использованы известные устройства и функциональные элементы. Для подключения защиты к сети можно использовать имеющиеся на линиях трансформаторы тока нулевой последовательности. Трансформаторы напряжения нулевой последовательности, обычно применяемые в распределительных устройствах, для реализации защиты не требуются. Операции по измерению, перемножению с последующим интегрированием, кодированию сигнала, обмен информацией со смежными узлами, управление выключателями можно реализовать сравнительно просто с помощью микропроцессорных устройств. Это позволяет при сравнительно небольших материальных затратах обеспечить надежную, селективную и быстродействующую защиту сети от ОЗЗ.For the practical implementation of the proposed method of protection against OZZ can be used known devices and functional elements. To connect the protection to the network, you can use the existing zero-sequence current transformers on the lines. Zero-sequence voltage transformers commonly used in switchgears are not required to implement protection. Measurement, multiplication, followed by integration, signal coding, information exchange with adjacent nodes, control switches can be implemented relatively simply using microprocessor devices. This allows for relatively small material costs to provide reliable, selective and high-speed protection of the network from OZZ.

На основе анализа структур и параметров высоковольтных разветвленных кабельных сетей шахт объединения ОАО «Воркутауголь»: "Воргашорская", "Заполярная", "Воркутинская" были разработаны модели распределительных сетей в среде Simulink системы MatLab v.7. В разработанной модели предложенный способ определения линии с ОЗЗ был реализован: а) с использованием математических и логических блоков Simulink и б) с помощью S-функции, содержащей программу выявления повреждения и управления выключателями, написанную на языке Microsoft Visual C++, согласно заявленному способу. Последняя модель работает в дискретной области времени и тем самым учитывает специфику работы микропроцессорных устройств защиты. Разработанные модели подтвердили заявленные преимущества алгоритма определения ОЗЗ в стационарных и переходных режимах замыкания.Based on the analysis of the structures and parameters of high-voltage branched cable networks of the mines of the Vorkutaugol association: Vorgashorskaya, Zapolyarnaya, Vorkutinskaya, distribution network models were developed in the Simulink environment of the MatLab v.7 system. In the developed model, the proposed method for determining the line with OZZ was implemented: a) using mathematical and logical blocks Simulink and b) using the S-function containing the program for detecting damage and controlling circuit breakers, written in Microsoft Visual C ++, according to the claimed method. The latter model works in a discrete time domain and thereby takes into account the specifics of microprocessor protection devices. The developed models have confirmed the claimed advantages of the algorithm for determining the SCR in stationary and transient circuit modes.

Экспериментальная проверка устройства защиты реализующего предлагаемый способ была выполнена в лаборатории кафедры электротехники и электромеханики СПГГИ (ТУ) им. Г.В.Плеханова. Целью эксперимента являлась проверка селективности отключения поврежденной линии, правильность подачи сигналов блокировок и оценка времени отключения поврежденных линий. Устройство защиты реализовано в виде модуль-контроллера, разработанного на базе процессора AT MEGA 16-16.An experimental verification of the protection device that implements the proposed method was performed in the laboratory of the Department of Electrical Engineering and Electromechanics of St. Petersburg Polytechnic Institute (TU) named after G.V. Plekhanova. The purpose of the experiment was to check the selectivity of disconnecting a damaged line, the correct supply of blocking signals, and estimating the time to disconnect damaged lines. The protection device is implemented as a controller module, developed on the basis of the AT MEGA 16-16 processor.

Основные параметры модуль-контроллера:The main parameters of the module controller:

- восемь аналоговых входов, с диапазоном измерения по току от -200 мА до +200 мА;- eight analog inputs, with a current measuring range from -200 mA to +200 mA;

- устройство чувствительно к току от 2 мА, с учетом аналогового преобразования ток-напряжение в соответствующее напряжение диапазона 0-5 В и последующего аналого-цифрового преобразования (20 кГц, 8 бит);- the device is sensitive to a current of 2 mA, taking into account the analog conversion of current-voltage to the corresponding voltage range 0-5 V and subsequent analog-to-digital conversion (20 kHz, 8 bits);

- восемь дискретных выходов, типа "сухой контакт" при напряжении 100 В и токе коммутации 1 А;- eight discrete outputs, type "dry contact" at a voltage of 100 V and a switching current of 1 A;

- время выполнения одной операции 125 нс;- the execution time of one operation is 125 ns;

- оперативная память 16 кБ;- RAM 16 kB;

- вывод данных измерений и промежуточных расчетов на ПК по средствам USB интерфейса; данные отображаются посредством программы-оболочки, разработанной для модуль-контроллера на языке Delphi v.7.0; индикация состояний коммутационных аппаратов осуществляется с помощью информационной панели модуль-контроллера;- output of measurement data and intermediate calculations to a PC using the USB interface; data is displayed through a shell program developed for the controller module in Delphi v.7.0; indication of the status of switching devices is carried out using the information panel of the module controller;

- возможность интеграции в единую систему защиты распределительной сети на базе интерфейса Ethernet;- the ability to integrate into a single distribution network protection system based on the Ethernet interface;

Программа, управляющая работой модуль-контроллера, написана на языке IAR Embedded Workbench, загружена и скомпилирована при помощи программы PonyProg2000.The program that controls the operation of the controller module is written in the IAR Embedded Workbench language, downloaded and compiled using the PonyProg2000 program.

Сигналы датчиков тока, подаваемые на вход модуль-контролера воспроизводились цифро аналоговыми преобразователями (5 кГц, 8 бит) платы сбора данных National Instruments NI USB 6218 по результатам моделирования сети в среде Simulink MATLAB. Та же плата использовалась для осцилографирования результатов испытаний. Вывод и измерение сигналов производились в соответствии с программой, разработанной в среде LabView v.8.5.The signals of the current sensors supplied to the input of the controller module were reproduced by digital-to-analog converters (5 kHz, 8 bit) of the National Instruments NI USB 6218 data acquisition board according to the results of network simulation in a Simulink MATLAB environment. The same board was used to oscillograph test results. The output and measurement of signals were carried out in accordance with a program developed in the LabView v.8.5 environment.

На фиг.3 представлена осциллограмма, полученная с помощью платы сбора данных в одном из экспериментов, на которой 1 - сигнал-команда на отключение выключателя поврежденной линии при уровне 5 В, 2 - ток нулевой последовательности поврежденного присоединения и 3 - неповрежденного.Figure 3 shows the waveform obtained using the data acquisition board in one of the experiments, in which 1 is a signal-command to turn off the damaged line circuit breaker at 5 V, 2 is the zero sequence current of the damaged connection and 3 is undamaged.

Испытания подтвердили, что устройство защиты подает своевременные и правильные команды на отключение поврежденного присоединения в узле нагрузки и своевременные и правильные команды на блокировку вышестоящих защит при замыканиях в различных фидерах разветвленной сети.Tests have confirmed that the protection device gives timely and correct commands to disconnect the damaged connection in the load node and timely and correct commands to block higher-level protections during short circuits in various feeders of the branched network.

Селективное выявление поврежденного присоединения осуществлялось спустя 10-20 мс с момента возникновения повреждения, что соответствует отключению поврежденной линии уже в середине или концу переходного процесса замыкания. Устройство защиты может работать как автономно в узле нагрузки, так и в составе автоматической системы управления совместно с верхним уровнем.Selective detection of a damaged connection was carried out 10-20 ms after the occurrence of damage, which corresponds to the disconnection of the damaged line already in the middle or at the end of the transient circuit. The protection device can operate both autonomously in the load node, and as part of an automatic control system in conjunction with the upper level.

Приведенные данные и сведения подтверждают возможность промышленного осуществления предлагаемого изобретения.The data and information confirm the possibility of industrial implementation of the invention.

Claims (2)

1. Способ релейной защиты от однофазных замыканий на землю, заключающийся в том, что на основе контроля электрических величин в защищаемой сети и их сравнения с учетом фазовых соотношений определяют фидер с однофазным замыканием на землю, отличающийся тем, что в условиях изменяющейся структуры разветвленной высоковольтной сети и изменения параметров однофазного замыкания на землю, наличия несбалансированных сигналов датчиков тока и напряжения нулевой последовательности поврежденное немагистральное присоединение в узле нагрузки однозначно определяют путем сравнения направлений переходных и/или установившихся токов нулевой последовательности отходящих фидеров с опорным сигналом - током нулевой последовательности кабеля питающего узел нагрузки, с последующей выработкой команды на отключение поврежденного фидера и передачи команды по каналу связи на блокировку срабатывания защит вышестоящих узлов.1. The method of relay protection against single-phase earth faults, which consists in the fact that based on the control of electrical quantities in the protected network and their comparison, taking into account phase relations, a feeder with a single-phase earth fault is determined, characterized in that in conditions of a changing structure of a branched high-voltage network and changes in the parameters of a single-phase earth fault, the presence of unbalanced signals of the current and voltage sensors of the zero sequence, a damaged non-trunk connection in the load node is one Significantly determined by comparing the directions of transient and / or steady-state currents of the zero sequence of the outgoing feeders with the reference signal - the zero-sequence current of the cable supplying the load node, with the subsequent development of a command to disconnect the damaged feeder and transmit the command through the communication channel to block the operation of the protection of the higher nodes. 2. Способ релейной защиты от однофазных замыканий на землю по п.1, отличающийся тем, что при выявлении повреждения в магистральном кабеле и отсутствии блокировки срабатывания с нижестоящих узлов формирует команду на двухстороннее отключение этого кабеля, с последующим присоединением нижестоящего отключенного узла к резервной линии. 2. The method of relay protection against single-phase earth faults according to claim 1, characterized in that when damage is detected in the main cable and there is no actuation lock from downstream nodes, it generates a command for two-way disconnection of this cable, followed by the connection of the downstream node to the backup line.
RU2008145314/09A 2008-11-17 2008-11-17 Method for identification of feeder with single-phase earth fault and automatic load transfer in distribution networks RU2372701C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008145314/09A RU2372701C1 (en) 2008-11-17 2008-11-17 Method for identification of feeder with single-phase earth fault and automatic load transfer in distribution networks

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008145314/09A RU2372701C1 (en) 2008-11-17 2008-11-17 Method for identification of feeder with single-phase earth fault and automatic load transfer in distribution networks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2372701C1 true RU2372701C1 (en) 2009-11-10

Family

ID=41354852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008145314/09A RU2372701C1 (en) 2008-11-17 2008-11-17 Method for identification of feeder with single-phase earth fault and automatic load transfer in distribution networks

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2372701C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484570C2 (en) * 2011-08-24 2013-06-10 Степан Георгиевич Тигунцев Method for determination of damaged feeder on bus section of three-phase grid with insulated neutral in case of single phase earth faults
RU2559817C1 (en) * 2014-04-09 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for protection of integrated switchgear cubicle from arching faults
CN112014686A (en) * 2020-08-14 2020-12-01 国网河南省电力公司封丘县供电公司 Low-voltage distribution network fault positioning method based on shortest path of adjacency matrix
RU2786506C1 (en) * 2022-03-15 2022-12-21 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" A method for isolating an overhead power transmission line with a single-phase earth fault in three-phase electrical networks

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484570C2 (en) * 2011-08-24 2013-06-10 Степан Георгиевич Тигунцев Method for determination of damaged feeder on bus section of three-phase grid with insulated neutral in case of single phase earth faults
RU2559817C1 (en) * 2014-04-09 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for protection of integrated switchgear cubicle from arching faults
CN112014686A (en) * 2020-08-14 2020-12-01 国网河南省电力公司封丘县供电公司 Low-voltage distribution network fault positioning method based on shortest path of adjacency matrix
CN112014686B (en) * 2020-08-14 2022-07-05 国网河南省电力公司封丘县供电公司 Low-voltage distribution network fault positioning method based on shortest path of adjacency matrix
RU2786506C1 (en) * 2022-03-15 2022-12-21 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" A method for isolating an overhead power transmission line with a single-phase earth fault in three-phase electrical networks
RU220073U1 (en) * 2023-05-25 2023-08-23 Владимир Леонидович Котицын Universal controller for automatic transfer system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2410812C2 (en) Device of fast-acting selective protection against single-phase ground faults in distribution networks with possibility of emergency-free load transfer
CN101738568B (en) Distributed DC ground fault detector
US9823637B2 (en) Fault detection and isolation using a common reference clock
CN107210603B (en) Fault protection in converter-based DC power distribution systems
US20080211511A1 (en) Method of Generating Fault Indication in Feeder Remote Terminal Unit for Power Distribution Automation System
CN104777397A (en) Distribution line single-phase break line judgment and positioning method based on line voltage vector criterion
MX2014010385A (en) Leveraging inherent redundancy in a multifunction ied.
JPS62152324A (en) Method and apparatus for detecting high resistance groundingfailure
BR112014001356B1 (en) method and device for determining a failed section of a power supply line
Yu et al. Wide-area backup protection and protection performance analysis scheme using PMU data
Mohamed et al. A review on the proposed solutions to microgrid protection problems
CN201302604Y (en) Distributed direct current earthing failure testing device
US20200106301A1 (en) Decentralized false data mitigation for nested microgrids
RU2372701C1 (en) Method for identification of feeder with single-phase earth fault and automatic load transfer in distribution networks
JP2010161865A (en) System and method for protecting ground of distribution system and program
US10228406B2 (en) Detecting a fault, in particular a transient fault, in an electrical network
US20240103053A1 (en) Position Sensing Modules and Related Devices and Methods
CN105629097A (en) Hidden fault detection method for relay protection device
Lebedev et al. Development of a method for location of a damaged overhead power line section in case of single-phase earth faults
CN203037795U (en) Small current grounding line selection system based on CAN network
EP3460935B1 (en) Method and system for feeder protection in electrical power network
Rahman et al. Cyber vulnerabilities on agent-based smart grid protection system
Burkhardt et al. The" Short-term Isolated Star Point Grounding" to Detect Earth Faults in Compensated Networks–The Concept
CN109038513B (en) A kind of intelligent processing method of the broken string ground connection for failure phase transfer earthing or grounding means
US10962608B1 (en) High-impedance fault detection using wireless current transformers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101118