RU2402131C1 - Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks - Google Patents
Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2402131C1 RU2402131C1 RU2009129679/07A RU2009129679A RU2402131C1 RU 2402131 C1 RU2402131 C1 RU 2402131C1 RU 2009129679/07 A RU2009129679/07 A RU 2009129679/07A RU 2009129679 A RU2009129679 A RU 2009129679A RU 2402131 C1 RU2402131 C1 RU 2402131C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zero
- zero sequence
- integral value
- phase
- instantaneous
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к способам направленной защиты от однофазных замыканий на землю в электрических сетях, работающих с изолированной нейтралью, заземлением нейтрали через дугогасящий реактор (компенсацией емкостных токов) или высокоомный резистор, основанным на использовании высокочастотных составляющих электрических величин переходного процесса, возникающего при пробое изоляции фазы сети на землю.The present invention relates to methods for directional protection against single-phase earth faults in electrical networks operating with isolated neutral, neutral grounding through an arcing reactor (compensation of capacitive currents) or a high-resistance resistor based on the use of high-frequency components of the electrical values of the transient process that occurs during phase insulation breakdown network to the ground.
Его применение целесообразно для выполнения устройств селективной сигнализации и защиты с действием на отключение при кратковременных, перемежающихся и устойчивых замыканиях на землю.Its use is advisable for the implementation of selective signaling and protection devices with the effect of shutdown during short-term, intermittent and stable earth faults.
Известен способ направленной защиты от однофазных замыканий на землю [Авторское свидетельство СССР №299908 H02H 3/16, опубл. 26.03.71, БИ №12] в компенсированных сетях, основанный на использовании суммы высших гармоник токов и напряжения нулевой последовательности, в котором для определения поврежденного присоединения дифференцируют напряжение нулевой последовательности, подавляют составляющую основной частоты в дифференцированном напряжении и в токе нулевой последовательности защищаемого присоединения и полученные при этом величины подают на два входа фазочувствительного органа, срабатывающего или блокирующего защиту в зависимости от знака постоянной составляющей сигнала на выходе фазочувствительного органа.A known method of directional protection against single-phase earth faults [USSR Author's Certificate No. 299908 H02H 3/16, publ. 03/26/71, BI No. 12] in compensated networks, based on the use of the sum of the higher harmonics of the currents and the zero-sequence voltage, in which the zero-sequence voltage is differentiated to determine the damaged connection, the fundamental frequency component in the differential voltage and in the zero-sequence current of the protected connection is suppressed and the values obtained in this case are fed to two inputs of a phase-sensitive organ that activates or blocks protection, depending on the sign of the constant a signal at the output of a phase-sensitive organ.
Недостатками известного способа являются возможность применения только для фиксации устойчивых замыканий на землю, а также низкая устойчивость функционирования в условиях воздействия шумов и помех.The disadvantages of this method are the possibility of application only for fixing stable earth faults, as well as low stability under conditions of exposure to noise and interference.
Известен способ направленной импульсной защиты однофазного замыкания на землю в сетях с компенсированной и изолированной нейтралью [Авторское свидетельство СССР №1078526 H02H 3/16, опубл. 07.03.84, БИ №9], в котором для определения поврежденного присоединения осуществляют измерение мгновенных значений тока нулевой последовательности и опорной величины при переходном процессе, возникающем в момент нарушения изоляции фазы сети на землю, сравнение и запоминание начальных знаков переходного тока и опорной величины и выдачу командного воздействия на исполнительные органы защиты при совпадении знаков указанных величин, а в качестве опорной величины используют скорость нарастания мгновенных значений напряжения нулевой последовательности переходного процесса в момент нарушения изоляции, фиксируемый по факту возникновения броска переходного тока.A known method of directional impulse protection of a single-phase earth fault in networks with compensated and isolated neutral [USSR Author's Certificate No. 1078526 H02H 3/16, publ. 03.03.84, BI No. 9], in which to determine the damaged connection, the instantaneous values of the zero sequence current and the reference value are measured during a transient that occurs at the time of insulation failure of the network phase to earth, comparing and storing the initial signs of the transient current and the reference value, and the issuance of command action on the executive bodies of protection when the signs of the indicated values coincide, and as a reference value, the slew rate of the instantaneous voltage values of zero voltage is used the transient process at the time of insulation failure, recorded upon the occurrence of a transient inrush current.
Недостатком известного способа является низкая устойчивость функционирования в условиях воздействия шумов и помех.The disadvantage of this method is the low stability under conditions of exposure to noise and interference.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ направленной защиты от однофазных замыканий на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью, с компенсацией емкостных токов и высокоомным заземлением нейтрали через резистор, реализованный в устройстве «Спектр» [Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. - М.: НТФ «Энергопрогресс», стр.76-78]. Такой способ объединяет два указанных выше способа, первый из которых [Авторское свидетельство СССР №1078526 Н02Н 3/16, опубл. 07.03.84, БИ №9] предусматривает сравнение знаков производной напряжения нулевой последовательности dU0/dt и тока i0 переходного процесса в заданном спектре частот, а второй [Авторское свидетельство СССР №299908 H02H 3/16, опубл. 26.03.71, БИ №12] - сравнение знаков высших гармоник тех же величин в установившемся режиме однофазного замыкания на землю. Реализация второго из указанных способов обеспечивается автоматически при реализации первого, если рабочий спектр частот токов переходного процесса устройства включает рабочий диапазон частот токов высших гармоник, и чувствительность по первичному току в рабочем диапазоне частот достаточна для устойчивого функционирования, как в переходном, так и в установившемся режимах однофазного замыкания на землю. Комбинация в одном способе двух способов направленной защиты обеспечивает возможность селективно определять поврежденное присоединение при всех разновидностях однофазного замыкания на землю (устойчивых, кратковременных самоустраняющихся, прерывистых дуговых, включая дуговые перемежающиеся), а также обеспечивает непрерывность действия при устойчивых замыканиях на землю.The closest technical solution to the proposed invention is a method of directional protection against single-phase earth faults in electric networks with isolated neutral, with compensation of capacitive currents and high-resistance neutral grounding through a resistor implemented in the Spectrum device [Shuin VA, Gusenkov A. AT. Earth fault protection in electric networks 6-10 kV. - M .: NTF "Energoprogress", p.76-78]. This method combines the two above methods, the first of which is [USSR Author's Certificate No. 1078526 Н02Н 3/16, publ. 03.03.84, BI No. 9] provides a comparison of the signs of the derivative of the zero-sequence voltage dU 0 / dt and the transient current i 0 in a given frequency spectrum, and the second [USSR Author's Certificate No. 299908 H02H 3/16, publ. 03/26/71, BI No. 12] - comparison of the signs of higher harmonics of the same values in the steady state single-phase earth fault. The second of these methods is implemented automatically when the first is implemented, if the working frequency spectrum of the transient currents of the device includes the working frequency range of the higher harmonics currents, and the primary current sensitivity in the working frequency range is sufficient for stable operation, both in the transient and in the steady state single-phase earth fault. The combination of the two methods of directional protection in one method provides the ability to selectively determine the damaged connection for all types of single-phase earth faults (stable, short-term self-eliminating, intermittent arcing, including alternating arcs), and also provides continuity of action for stable earth faults.
Способ-прототип направленной защиты от однофазных замыканий на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью, с компенсацией емкостных токов и высокоомным заземлением нейтрали через резистор включает измерение мгновенных значений тока нулевой последовательности и скорости нарастания мгновенных значений напряжения нулевой последовательности переходного процесса в момент нарушения изоляции фазы сети на землю, сравнение знаков мгновенных значений тока нулевой последовательности и скорости нарастания мгновенных значений напряжения нулевой последовательности, вычисление интегральной величины, пропорциональной разности суммарного времени совпадения и суммарного времени несовпадения знаков мгновенных значений тока нулевой последовательности и скорости нарастания мгновенных значений напряжения нулевой последовательности величин в интервале времени срабатывания защиты, выдачу командного воздействия на исполнительные органы защиты при превышении интегральной величины заданного значения (уставки).The prototype method of directional protection against single-phase earth faults in electric networks with isolated neutral, with compensation of capacitive currents and high-resistance neutral grounding through a resistor includes measuring instantaneous values of the zero sequence current and the slew rate of instantaneous voltage of the zero sequence of the transient at the moment of insulation failure of the network phase to ground, comparing the signs of the instantaneous values of the zero sequence current and the slew rate of instantaneous values on voltage of the zero sequence, the calculation of the integral value proportional to the difference between the total time of coincidence and the total time of the mismatch of the signs of the instantaneous values of the current of the zero sequence and the slew rate of instantaneous voltage values of the zero sequence of values in the interval of the response time of the protection, the issuance of a command action on the executive bodies of protection when the integral value exceeds the specified values (settings).
Как указывалось ранее, способ-прототип реализуется устройством «Спектр», функционально-структурная схема которого представлена [Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. - М.: НТФ «Энергопрогресс», стр.77, рис.3.15].As mentioned earlier, the prototype method is implemented by the Spectrum device, the functional structural diagram of which is presented [Shuin V.A., Gusenkov A.V. Earth fault protection in electric networks 6-10 kV. - M .: NTF "Energoprogress", p.77, Fig.3.15].
Устройство «Спектр» включает в себя четыре функционально-конструктивных блока:The Spectrum device includes four functional structural units:
- блок формирования в рабочем диапазоне частот сигналов, пропорциональных току нулевой последовательности и скорости нарастания напряжения нулевой последовательности;- a unit for generating in the operating frequency range of the signals proportional to the zero sequence current and the slew rate of the zero sequence voltage;
- пусковой орган по напряжению нулевой последовательности (3U0), схему сравнения фаз и выходные цепи;- starting element for zero sequence voltage (3U 0 ), phase comparison circuit and output circuits;
- блок питания;- Power Supply;
- блок тестового контроля.- test control unit.
Устройство «Спектр», реализующее способ-прототип, при однофазных замыканиях на землю работает следующим образом.The Spectrum device that implements the prototype method, with single-phase earth faults, works as follows.
При однофазных замыканиях на землю высшие гармоники, содержащиеся в токе нулевой последовательности (i0) и производной напряжения нулевой последовательности (dU0/dt) переходного или установившегося режима, обуславливают появление сигналов на выходах схемы формирования импульсов совпадения (F5) и схемы формирования импульсов несовпадения (F4) знаков сравниваемых величин.In case of single-phase earth faults, the higher harmonics contained in the zero sequence current (i 0 ) and the derivative of the zero sequence voltage (dU 0 / dt) of the transient or steady state conditions determine the appearance of signals at the outputs of the coincidence pulse formation circuit (F5) and the mismatch pulse formation circuit (F4) signs of the compared quantities.
При внутреннем однофазном замыкании на землю (на защищаемом присоединении) знаки высших гармонических составляющих dU0/dt и i0 на входах схемы формирования импульсов (F5) совпадают на всем интервале времени наблюдения (при отсутствии фазовых погрешностей в трансформаторах тока нулевой последовательности (ТТНП) и каналах dU0/dt и i0) и на выходе схемы формирования импульсов совпадения F5 появится положительный сигнал длительностью, равной времени совпадения знаков сравниваемых величин. Знаки высших гармонических составляющих i0 и dU0/dt на входах схемы формирования импульсов несовпадения (F4) при отсутствии фазовых погрешностей в каналах dU0/dt и i0 будут противоположны на всем интервале наблюдения, поэтому сигнал на выходе формирования импульсов несовпадения F4 будет отсутствовать. За счет указанных выше погрешностей интервалы совпадения знаков сравниваемых величин будут чередоваться с интервалами несовпадения, однако суммированная длительность первых в интервале времени наблюдения при внутренних замыканиях на землю будет больше, чем вторых, поэтому при внутреннем замыкании на землю интегральная величина на выходе интегратора F6 будет положительна.In case of an internal single-phase earth fault (on a protected connection), the signs of the higher harmonic components dU 0 / dt and i 0 at the inputs of the pulse shaping circuit (F5) coincide over the entire observation time interval (in the absence of phase errors in the zero sequence current transformers (TTNP) and channels dU 0 / dt and i 0 ) and at the output of the coincidence pulse generation circuit F5, a positive signal appears with a duration equal to the coincidence time of the signs of the compared quantities. The signs of the higher harmonic components i 0 and dU 0 / dt at the inputs of the mismatch pulse generation circuit (F4) in the absence of phase errors in the channels dU 0 / dt and i 0 will be opposite in the entire observation interval, therefore, there will be no signal at the output of the mismatch pulse formation F4 . Due to the above errors, the coincidence intervals of the signs of the compared values will alternate with the mismatch intervals, however, the summed duration of the first in the observation time interval during internal earth faults will be longer than the second, therefore, with an internal earth fault, the integral value at the output of the integrator F6 will be positive.
Если разность суммарного времени совпадения и суммарного времени несовпадения знаков мгновенных значений тока нулевой последовательности и скорости нарастания мгновенных значений напряжения нулевой последовательности величин (т.е. сигнал на выходе интегратора F6) в интервале времени наблюдения имеет положительное значение и больше 8-10 мс, сигнал на выходе интегратора F6 будет положительным и на выходе схемы сравнения (элемента задержки DT3) появится сигнал. Появление указанного сигнала приводит к срабатыванию выходного реле устройства KL1 и светового индикатора КН2 только при одновременном срабатывании пускового органа по напряжению нулевой последовательности, обеспечивающему дополнительную отстройку от коммутационных переключений и других режимов, не связанных с однофазными замыканиями на землю в сети.If the difference between the total time of coincidence and the total time of mismatch of the signs of the instantaneous values of the zero sequence current and the slew rate of the instantaneous voltage values of the zero sequence (i.e., the signal at the output of the integrator F6) in the observation time interval has a positive value and more than 8-10 ms, the signal at the output of the integrator F6 will be positive and a signal will appear at the output of the comparison circuit (delay element DT3). The appearance of this signal leads to the operation of the output relay of the device KL1 and the indicator light KN2 only when the trigger is triggered by the zero sequence voltage, which provides additional detuning from switching switching and other modes that are not associated with single-phase earth faults in the network.
При внешних однофазных замыканиях на землю и отсутствии фазовых погрешностей ТТНП и каналов i0 и dU0/dt сигналы на входах схемы формирования импульсов совпадения F5 будут противоположны по знаку и на выходе F5 сигнал будет отсутствовать. Сигналы на входах схемы формирования импульсов несовпадения F4 будут совпадать по знаку в течение всего времени наблюдения, поэтому сигнал на выходе F4 и, соответственно, на выходе интегратора F6 будет отрицательным. При отрицательном сигнале на выходе интегратора сигнал на выходе схемы сравнения (элемента задержки DT3) и выходе устройства в целом будет отсутствовать.With external single-phase earth faults and the absence of phase errors of the CTNP and the channels i 0 and dU 0 / dt, the signals at the inputs of the pulse generating circuit of coincidence F5 will be opposite in sign and there will be no signal at the output of F5. The signals at the inputs of the F4 mismatch pulse generation circuit will be identical in sign throughout the entire observation time, therefore, the signal at the output of F4 and, accordingly, at the output of the integrator F6 will be negative. With a negative signal at the output of the integrator, the signal at the output of the comparison circuit (delay element DT3) and the output of the device as a whole will be absent.
Недостатком способа-прототипа и устройства, его реализующего, является низкая устойчивость функционирования в условиях воздействия шумов и помех.The disadvantage of the prototype method and the device that implements it is the low stability of operation under the influence of noise and interference.
Одним из наиболее общих показателей, характеризующих устойчивость функционирования релейной защиты, является критерий «сигнал/помеха» [Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М.: Энергоатомиздат, 2007, стр.159-164]. В частности, этот критерий позволяет оценивать излишние срабатывания релейной защиты в условиях искажения измеряемых величин, вызванных различного рода помехами и шумами. Поэтому оценим способ-прототип с точки зрения критерия «сигнал/помеха».One of the most common indicators characterizing the stability of the functioning of relay protection is the criterion "signal / interference" [Schneerson E.M. Digital relay protection. - M .: Energoatomizdat, 2007, p. 159-164]. In particular, this criterion makes it possible to evaluate excessive tripping of relay protection under conditions of distortion of the measured quantities caused by various kinds of interference and noise. Therefore, we evaluate the prototype method in terms of the “signal / interference” criterion.
Отметим, что в ряде работ [например, Авторское свидетельство №299908 H02H 3/16, опубл. 26.03.71, БИ №12] отражено важное обстоятельство «Гармонический состав токов нулевой последовательности идентичен гармоническому составу производной по времени напряжения нулевой последовательности при исключении из состава основной составляющей, т.е. форма кривых указанных величин одна и та же. При этом фазовые составляющие (полярность) кривой совокупности высших гармоник тока нулевой последовательности поврежденного присоединения и кривой совокупности высших гармоник функции dU0/dt противоположны, а фазовые соотношения (полярность) кривых совокупности высших гармоник неповрежденных присоединений и кривой совокупности высших гармоник функции dU0/dt совпадают».Note that in a number of works [for example, Copyright certificate No. 299908 H02H 3/16, publ. March 26, 71, BI No. 12] reflects an important circumstance: “The harmonic composition of the zero sequence currents is identical to the harmonic composition of the time derivative of the zero sequence voltage when the main component is excluded from the composition, i.e. the shape of the curves of the indicated quantities is the same. In this case, the phase components (polarity) of the curve of the set of higher harmonics of the zero sequence current of the damaged connection and the curve of the set of higher harmonics of the function dU 0 / dt are opposite, and the phase relations (polarity) of the curves of the set of higher harmonics of undamaged connections and the curve of the set of higher harmonics of the function dU 0 / dt match".
Отмеченное обстоятельство позволяет построить способ направленной защиты от однофазных замыканий на землю в электрических сетях, работающих с изолированной нейтралью, с компенсацией емкостных токов или с заземлением нейтрали через высокоомный резистор, основанный на оценке степени похожести кривых тока нулевой последовательности и производной напряжения нулевой последовательности. Степень похожести кривых (сигналов, процессов) может быть оценена различными методами. Например, в способе-прототипе (устройстве «Спектр») эта степень похожести оценивается посредством вычисления интегральной величины, соответствующей интервалам совпадения и несовпадения знаков мгновенных значений тока нулевой последовательности и скорости нарастания (производной) мгновенных значений напряжения нулевой последовательности, рассчитанной в интервале времени срабатывания защиты. По своей сути указанная интегральная величина соответствует вычислению знаковой корреляции мгновенных значений анализируемых кривых [Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981, стр.320-322].This circumstance allows us to construct a method of directional protection against single-phase earth faults in electric networks operating with isolated neutral, with compensation of capacitive currents or with neutral grounding through a high-resistance resistor based on an assessment of the degree of similarity of the zero sequence current curves and the zero sequence voltage derivative. The degree of similarity of the curves (signals, processes) can be estimated by various methods. For example, in the prototype method (Spectrum device), this degree of similarity is evaluated by calculating the integral value corresponding to the coincidence and mismatch intervals of the instantaneous values of the zero sequence current and the slew rate (derivative) of the instantaneous zero sequence voltage calculated in the protection response time interval . In essence, the specified integral value corresponds to the calculation of the sign correlation of the instantaneous values of the analyzed curves [Shirman Y.D., Manzhos V.N. The theory and technique of processing radar information against the background of interference. - M.: Radio and Communications, 1981, pp. 320-322].
В условиях воздействия гауссовых шумов (помех) на сравниваемые сигналы наиболее эффективной (оптимальной) является полноценная корреляционная обработка (согласованная фильтрация), а не знаковая. Результаты такой обработки (фильтрации) отражают максимальную степень похожести сигналов по критерию минимума среднеквадратической ошибки, а также обеспечивают наиболее эффективное выделение сигналов на фоне, например, «белого» (гауссовского) шума [Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981]. Это утверждение подкрепляется еще и интуитивными соображениями, ведь в процессе полноценной корреляционной обработки используется полная информация мгновенных значений сравниваемых величин, а не только их знаки. В результате дополнительное использование информации в ходе обработки позволяет получить более точный результат в условиях воздействия шумов (помех).Under the influence of Gaussian noise (interference) on the compared signals, the most effective (optimal) is full correlation processing (matched filtering), and not significant. The results of such processing (filtering) reflect the maximum degree of signal similarity according to the criterion of the minimum standard error, and also provide the most efficient signal isolation against, for example, “white” (Gaussian) noise [Shirman Y.D., Manzhos V.N. The theory and technique of processing radar information against the background of interference. - M .: Radio and communication, 1981]. This statement is also supported by intuitive considerations, because in the process of full correlation processing the full information of the instantaneous values of the compared quantities is used, and not only their signs. As a result, the additional use of information during processing allows you to get a more accurate result under the influence of noise (interference).
Поэтому оптимальной в условиях воздействия шумов и помех является полная взаимная корреляционная обработка совокупностей мгновенных значений токов нулевой последовательности и скорости нарастания (производной) напряжения нулевой последовательности, производимая в интервале времени срабатывания релейной защиты. Причем вследствие разных фазовых соотношений кривых тока нулевой последовательности и скорости нарастания напряжения нулевой последовательности для поврежденного и неповрежденного присоединений результаты корреляционной обработки (вычисления взаимной корреляционной функции) анализируемых кривых будут противоположны по знаку для поврежденных и неповрежденных присоединений. Последним обеспечивается селективность функционирования устройства защиты.Therefore, optimal under conditions of exposure to noise and interference is the complete mutual correlation processing of the instantaneous values of the zero sequence currents and the slew rate (derivative) of the zero sequence voltage, produced in the interval of the relay protection response time. Moreover, due to the different phase relationships of the zero sequence current curves and the zero sequence voltage rise rate for damaged and undamaged connections, the results of correlation processing (calculation of the mutual correlation function) of the analyzed curves will be opposite in sign for damaged and undamaged connections. The latter provides the selectivity of the protection device.
Приведенные обоснования подтверждаются результатами натурных экспериментов. Так, на фиг.1. представлены нормированные временные осциллограммы переходного процесса неустойчивого однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью. Осциллограмма напряжения нулевой последовательности U0 представлена пунктирной кривой, а производной напряжения нулевой последовательности dU0/dt - штрихпунктирной. Осциллограмма тока нулевой последовательности i0, представленная сплошной линией, для поврежденного присоединения совпадает с осциллограммой производной напряжения нулевой последовательности.The above justifications are confirmed by the results of field experiments. So, in figure 1. normalized time waveforms of the transient process of an unstable single-phase earth fault in a network with isolated neutral are presented. The waveform of the zero sequence voltage U 0 is represented by a dashed curve, and the derivative of the zero sequence voltage dU 0 / dt is a dash-dot curve. The waveform of the zero sequence current i 0 , represented by a solid line, for a damaged connection coincides with the waveform of the derivative of the zero sequence voltage.
На фиг.2 приведены осциллограммы, характеризующие неустойчивое однофазное замыкание на землю (фиг.1):Figure 2 shows the oscillograms characterizing an unstable single-phase earth fault (figure 1):
- штриховой линией обозначена кривая зависимости от времени интегральной величины S(t), соответствующей интервалам совпадения и несовпадения знаков мгновенных замыканий тока нулевой последовательности и скорости нарастания мгновенных значений напряжения нулевой последовательности, рассчитанной в интервале времени срабатывания релейной защиты [способ-прототип, Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. - М.: НТФ «Энергопрогресс», стр.76-78];- the dashed line indicates the time-dependent curve of the integral quantity S (t) corresponding to the coincidence and non-coincidence intervals of the signs of instantaneous faults of the zero sequence current and the slew rate of instantaneous values of the zero sequence voltage calculated in the relay protection time interval [prototype method, Shuin V. A., Gusenkov A.V. Earth fault protection in electric networks 6-10 kV. - M .: NTF "Energoprogress", p.76-78];
- сплошной линией обозначена кривая зависимости времени- the solid line indicates the time dependence curve
соответствующая временной корреляционной функции совокупности мгновенных значений токов нулевой последовательности и скорости нарастания напряжения нулевой последовательности при выбранном параметре T=726 мкс.corresponding to the time correlation function of the set of instantaneous values of the zero sequence currents and the slew rate of the zero sequence voltage with the selected parameter T = 726 μs.
Анализируемые функции (фиг.2) показаны в логарифмической шкале, измеряются в децибелах (дБ), а максимальным значениям для каждой из функций соответствует уровень 0 дБ.The analyzed functions (figure 2) are shown on a logarithmic scale, measured in decibels (dB), and the maximum values for each function correspond to a level of 0 dB.
Уровень шумов (помех) (и, соответственно, и отношение сигнал/шум) можно оценить на временном интервале от 30 до 40 мс:The level of noise (interference) (and, accordingly, the signal-to-noise ratio) can be estimated over a time interval from 30 to 40 ms:
- для интегральной величины (функции S(t)) (способ-прототип) штриховая линия соответствует уровню - 10 дБ;- for the integral value (function S (t)) (prototype method) the dashed line corresponds to the level of 10 dB;
- для корреляционной функции VKF(f) штрихпунктирная линия соответствует уровню - 42 дБ.- for the correlation function VKF (f), the dash-dot line corresponds to the level of 42 dB.
Таким образом, относительно максимального значения сигнала 0 дБ корреляционная функция обладает на 32 дБ (в 1585 раз) большим отношением сигнал/шум по сравнению с интегральной величиной (функцией S(t)) способа-прототипа. Это позволяет устройству защиты, основу которого составляет вычисление корреляционной функции, обеспечить большую устойчивость (меньшую вероятность ложных срабатываний) в уровнях воздействия шумов и помех.Thus, relative to the maximum signal value of 0 dB, the correlation function has 32 dB (1585 times) a higher signal to noise ratio compared to the integral value (function S (t)) of the prototype method. This allows the protection device, the basis of which is the calculation of the correlation function, to provide greater stability (less chance of false positives) in the levels of noise and interference.
На фиг.3 и фиг.4, 5 приведены осциллограммы, аналогичные фиг.1 и фиг.2 и характеризующие начало режима устойчивого однофазного замыкания на землю.Figure 3 and figure 4, 5 shows the waveforms similar to figure 1 and figure 2 and characterizing the beginning of the mode of stable single-phase earth fault.
Оценивая отношение сигнал/ шум, получим следующие параметры:Estimating the signal-to-noise ratio, we obtain the following parameters:
- для интегральной величины (функции S(t)) (способ-прототип) штриховая линия соответствует уровню шумов - 10 дБ (фиг.4);- for the integral value (function S (t)) (prototype method), the dashed line corresponds to the noise level of 10 dB (figure 4);
- для корреляционной функции VKF(t) сплошная линия соответствует уровню шумов - 40 дБ (фиг.5).- for the correlation function VKF (t), the solid line corresponds to a noise level of 40 dB (Fig. 5).
Сопоставительный анализ зависимостей (фиг.4, 5) позволяет сделать вывод о том, что вычисление корреляционной величины (функции) по предлагаемому способу обеспечивает на 30 дБ (в 1000 раз) большее отношение сигнал/шум, а следовательно, и устойчивость функционирования в условиях шумов и помех, чем сравнение времени совпадения с временем несовпадения в способе-прототипе.A comparative analysis of the dependencies (Figs. 4, 5) allows us to conclude that the calculation of the correlation value (function) according to the proposed method provides 30 dB (1000 times) higher signal-to-noise ratio, and therefore, the stability of operation under noise conditions and interference than comparing the coincidence time with the non-coincidence time in the prototype method.
Следует заметить, что знак (полярность) вычисленной корреляционной функции (как и интегральной величины в способе-прототипе) позволяет селективно определить поврежденное присоединение.It should be noted that the sign (polarity) of the calculated correlation function (as well as the integral value in the prototype method) allows you to selectively determine the damaged connection.
Задача изобретения - повышение устойчивости функционирования в условиях воздействия шумов и помех.The objective of the invention is to increase the stability of functioning under the influence of noise and interference.
Поставленная задача достигается тем, что в соответствии с предлагаемым способом диагностики и направленной защиты от однофазных замыканий на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью, компенсацией емкостных токов или с заземлением нейтрали через высокоомный резистор, включающим измерение мгновенных значений тока нулевой последовательности и скорости нарастания мгновенных значений напряжения нулевой последовательности переходного процесса в момент нарушения изоляции фазы сети на землю, вычисление интегральной величины, рассчитанной в интервале времени срабатывания защиты, выдачу командного воздействия на исполнительные органы защиты при превышении интегральной величиной заданного значения (уставки), согласно изобретению в качестве интегральной величины выбирается взаимная корреляционная функция совокупностей мгновенных значений токов нулевой последовательности и скорости нарастания напряжения нулевой последовательности, а состояние изоляции диагностируется при неустойчивых однофазных замыканиях на землю по числу нарушений изоляции, фиксируемых при превышении интегральной величиной заданного значения (уставки).The problem is achieved in that in accordance with the proposed method of diagnosis and directional protection against single-phase earth faults in electric networks with isolated neutral, compensation of capacitive currents or with neutral grounding through a high-resistance resistor, including measuring instantaneous values of zero-sequence current and slew rate of instantaneous values voltage of the zero sequence of the transient at the time of violation of the insulation of the phase of the network to the ground, calculation of the integral values s, calculated in the interval of the response time of the protection, the issuance of a command action on the executive bodies of protection when the integrated value exceeds the set value (setpoint), according to the invention, the mutual correlation function of the sets of instantaneous values of the zero sequence currents and the zero-voltage voltage rise rate is selected as the integral value, and insulation condition is diagnosed with unstable single-phase earth faults by the number of insulation failures, fixation when the integral value exceeds the set value (set point).
Вариант устройства, реализующего предлагаемый способ, изображен на фиг.6.A variant of the device that implements the proposed method is shown in Fig.6.
Устройство включает: первый 1 и второй 2 аналого-цифровой преобразователь, дифференциатор 3 (вычислитель производной), коррелятор 4, первую 5, вторую 7 и третью 9 схемы сравнения, блок памяти 6, первый 8 и второй 10 счетчики и дешифратор 11.The device includes: the first 1 and second 2 analog-to-digital converter, differentiator 3 (derivative calculator), correlator 4, first 5, second 7 and third 9 comparison schemes, memory unit 6, first 8 and second 10 counters and decoder 11.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
При возникновении замыкания на землю на входы блоков аналого-цифрового преобразования 1 и 2 поступают соответственно ток нулевой последовательности i0 и напряжение нулевой последовательности U0 от измерительных трансформаторов. После аналого-цифрового преобразования в блоке 1 цифровые отсчеты тока нулевой последовательности поступают на первый вход коррелятора, а на второй вход коррелятора подаются цифровые отсчеты, пропорциональные скорости нарастания напряжения нулевой последовательности, образующиеся после аналого-цифрового преобразования в блоке 2 и дифференцирования в блоке 3 напряжения нулевой последовательности. Коррелятор 4 осуществляет операцию цифровой свертки над отсчетами, поступающими на его вход. На его выходе образуются цифровые коды, являющиеся дискретными аналогами выражения (1). Вместо коррелятора для выполнения операции свертки может привлекаться цифровой фильтр. При этом один из дискретных сигналов (например, цифровые отсчеты тока нулевой последовательности) выступает в роли импульсной характеристики цифрового фильтра.When a ground fault occurs, the inputs of the analog-to-
С выхода коррелятора 4 цифровые отсчеты поступают на первые входы схем срабатывания 5 и 7, а на их вторые входы с блока памяти 6 поступают цифровые коды уставок. Причем для схемы срабатывания 5 подается уставка, характеризующая режим неустойчивого однофазного замыкания на землю, а для схемы сравнивания 7 - уставка, характеризующая режим устойчивого однофазного замыкания на землю. Разница в уставках обусловлена обеспечением разного отношения сигнал/шум в режимах устойчивого и неустойчивого замыканий.From the output of the correlator 4, digital readings arrive at the first inputs of the triggering circuits 5 and 7, and digital setting codes are received at their second inputs from the memory unit 6. Moreover, for the operation circuit 5, a setpoint is presented that characterizes the mode of unstable single-phase earth fault, and for the comparison circuit 7 - the setting characterizes the mode of stable single-phase earth fault. The difference in the settings is due to the provision of different signal-to-noise ratios in the modes of stable and unstable faults.
При устойчивом однофазном замыкании на землю количество превышений уставочного значения подсчитывается счетчиком 10, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения 9. На второй вход схемы сравнения 9 с блока памяти 6 подается цифровой код, характеризующий временной интервал, начиная с которого классифицируют однофазное замыкание на землю как устойчивое. При превышении этого временного интервала на выходе схемы сравнения появляется сигнал командного воздействия на исполнительные органы релейной защиты.In case of a stable single-phase earth fault, the number of excesses of the reference value is calculated by a
При неустойчивом однофазном замыкании на землю количество превышений уставочного значения подсчитывается счетчиком 8, выход которого соединен с дешифратором 11. В зависимости от цифрового кода (числа превышений уставочного значения) с выхода счетчика 8 на одном из выходов дешифратора 11 появляется сигнал. При этом состояние изоляции анализируемой фазы сети, связанное с числом произошедших неустойчивых однофазных замыканий на землю, можно характеризовать номером выхода дешифратора 11, на котором появился сигнал. Эта информация (номер выхода дешифратора) может выступать в качестве диагностической, сигнальной или служить для обеспечения командного воздействия на исполнительные органы релейной защиты.In the event of an unstable single-phase earth fault, the number of excesses of the setpoint value is calculated by the counter 8, the output of which is connected to the decoder 11. Depending on the digital code (the number of excesses of the setpoint value), a signal appears from the output of the counter 8 at one of the outputs of the decoder 11. In this case, the isolation state of the analyzed phase of the network, associated with the number of unstable single-phase earth faults that occurred, can be characterized by the output number of the decoder 11, on which the signal appeared. This information (decoder output number) can act as diagnostic, signal, or serve to ensure command action on the executive bodies of relay protection.
Таким образом, в отличие от способа-прототипа предлагаемый способ обеспечивает (как указывалось ранее) большую устойчивость функционирования в условиях воздействия шумов и помех, а также позволяет реализовать диагностику состояния изоляции в режиме неустойчивых однофазных замыканий на землю.Thus, in contrast to the prototype method, the proposed method provides (as mentioned earlier) greater stability under the influence of noise and interference, and also allows for the diagnosis of the insulation state in unstable single-phase earth faults.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009129679/07A RU2402131C1 (en) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009129679/07A RU2402131C1 (en) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2402131C1 true RU2402131C1 (en) | 2010-10-20 |
Family
ID=44024060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009129679/07A RU2402131C1 (en) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2402131C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530736C1 (en) * | 2013-03-11 | 2014-10-10 | Александр Леонидович Куликов | Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks |
| RU2543517C1 (en) * | 2013-12-12 | 2015-03-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нтц "Механотроника" | Protection of circuits with isolated compensated and resistance-ground neutral against single-phase earth connections |
| RU2576017C2 (en) * | 2014-04-22 | 2016-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО Орел ГАУ) | Single phase earth fault current limitation method for overhead transmission lines in networks with insulated neutral |
| RU2734164C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-10-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of detecting single-phase earth faults in distribution network connections |
| RU2744995C1 (en) * | 2020-06-01 | 2021-03-18 | Николай Николаевич Милюшин | Method of protection against single-phase earth faults |
| CN112986859A (en) * | 2021-02-25 | 2021-06-18 | 国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 | Power distribution network intermittent earth fault protection method based on multi-interval information |
| RU2767600C1 (en) * | 2021-03-04 | 2022-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Надежные технические решения" (ООО "НТР") | Method of detecting electric arc fault |
-
2009
- 2009-08-03 RU RU2009129679/07A patent/RU2402131C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530736C1 (en) * | 2013-03-11 | 2014-10-10 | Александр Леонидович Куликов | Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks |
| RU2543517C1 (en) * | 2013-12-12 | 2015-03-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нтц "Механотроника" | Protection of circuits with isolated compensated and resistance-ground neutral against single-phase earth connections |
| RU2576017C2 (en) * | 2014-04-22 | 2016-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО Орел ГАУ) | Single phase earth fault current limitation method for overhead transmission lines in networks with insulated neutral |
| RU2734164C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-10-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of detecting single-phase earth faults in distribution network connections |
| RU2744995C1 (en) * | 2020-06-01 | 2021-03-18 | Николай Николаевич Милюшин | Method of protection against single-phase earth faults |
| CN112986859A (en) * | 2021-02-25 | 2021-06-18 | 国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 | Power distribution network intermittent earth fault protection method based on multi-interval information |
| CN112986859B (en) * | 2021-02-25 | 2022-11-11 | 国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 | Power distribution network intermittent earth fault protection method based on multi-interval information |
| RU2767600C1 (en) * | 2021-03-04 | 2022-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Надежные технические решения" (ООО "НТР") | Method of detecting electric arc fault |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2402131C1 (en) | Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks | |
| US10725085B2 (en) | Method, device and system for determining the fault position of a fault on a line of an electrical power supply network | |
| Artale et al. | Arc fault detection method based on CZT low-frequency harmonic current analysis | |
| KR101086878B1 (en) | Method for measuring resistive leakage current of nonlinear device lightning arrester with differential and apparatus thereof | |
| WO2017053710A1 (en) | Electrical system with arc fault detection | |
| Ajaei et al. | Mitigating the impacts of CCVT subsidence transients on the distance relay | |
| CN105552838A (en) | Standardized graphic similarity matching identification-based zero-sequence differential protection algorithm for transformer | |
| Schweitzer et al. | Defining and measuring the performance of line protective relays | |
| Sirisha et al. | Parameter estimation of resonant fault current limiter for protection and stability analysis | |
| Chaffey et al. | Requirements for functional testing of HVDC protection IEDs | |
| RU2744995C1 (en) | Method of protection against single-phase earth faults | |
| KR20110127547A (en) | Arc fault determination method for the breaking of the arc fault current in the house | |
| Chaouche et al. | Finite element method to construct a lumped parameter ladder network of the transformer winding | |
| KR20150033899A (en) | A digital multi-function breaker for integrated blocking of arc, short circuit, leakage and overload current and the blocking method thereof | |
| US11187727B2 (en) | Capacitance-coupled voltage transformer monitoring | |
| CN108767814B (en) | Electromagnetic voltage transformer fault analysis method and device | |
| KR20210084817A (en) | Method of dc arc fault detector for dc distribution systems | |
| RU2522808C1 (en) | Method of technical state diagnostics for high-voltage transformer in network of power plant generator voltage | |
| Leterme et al. | HVDC grid protection algorithm performance assessment | |
| RU2530736C1 (en) | Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks | |
| JP2012002538A (en) | Measurement apparatus of ground capacitance in electric power system | |
| KR101413788B1 (en) | Method and apparratus of malfunction detection of transformer | |
| RU2525165C1 (en) | Method to diagnose technical condition of high-voltage potential transformer in network of power plant generator voltage | |
| KR101420729B1 (en) | Apparatus and method for diagnosing a ground network | |
| CN108281269B (en) | Converter station direct current detection mutual inductor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110804 |