RU2738469C1 - Method for determination of feeder with single-phase earth fault in three-phase electric networks with inefficiently earthed neutral - Google Patents

Method for determination of feeder with single-phase earth fault in three-phase electric networks with inefficiently earthed neutral Download PDF

Info

Publication number
RU2738469C1
RU2738469C1 RU2020117211A RU2020117211A RU2738469C1 RU 2738469 C1 RU2738469 C1 RU 2738469C1 RU 2020117211 A RU2020117211 A RU 2020117211A RU 2020117211 A RU2020117211 A RU 2020117211A RU 2738469 C1 RU2738469 C1 RU 2738469C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
breakdown
voltage
damaged
average
Prior art date
Application number
RU2020117211A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Егорович Качесов
Андрей Александрович Лебедев
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный 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 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет»
Priority to RU2020117211A priority Critical patent/RU2738469C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738469C1 publication Critical patent/RU2738469C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: use: in electric power engineering. According to the method, transient phase voltages on the buses of the power centre are recorded and by means of their processing the fact of arc short circuit to ground is established, as well as the damaged phase by the highest phase voltage derivative at phase breakdown moment of breakdown; in the voltage derivative over the damaged phase du d/dt find its maximum at the moment of breakdown of the insulation and calculating pre-breakdown time relative to the previous breakdown Δt pre = tm1 - tm0, which should exceed 1 ms, if this condition is not satisfied, then such closure (phase failure breakdown) processing is not performed; when condition Δt pre > 1 ms are used to determine polarity of mean pre-breakdown voltage on the damaged phase and average currents of zero sequence in all feeders extending from busbars; for this from time of maximum of derivative t m1 are backed to beginning of oscillogram of voltage on damaged phase for time Δt U ≅(0.025...0.1)∙T0 (T0 is the industrial frequency period), during which average mean pre-breakdown voltage U p.av. is calculated; from moment of maximum derivative voltage on damaged phase t m1 for time equal to one third of period of free charge exchange oscillations of electric network Δt I , determining zero-sequence average currents in all outgoing feeders, leaving two with maximum modulus values; polarities of these two zero sequence sign(I 0av.) are compared with polarity of average pre-breakdown voltage on the damaged phase sign(U p.av.), one of two allocated feeders, in which polarity of average current of zero sequence coincides with polarity of average pre-breakdown voltage on damaged phase, that is performed condition sign(U p.av.)=sign(I 0av.), is the feeder with single-phase ground fault.
EFFECT: technical result is increase in reliability and veracity of determination of feeder with single-phase unstable arc closure to earth in electric networks with inefficient earthed neutral.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения фидера (питающей линии) с однофазным дуговым замыканием (ОДЗ) на землю в трехфазных электрических сетях (ЭС) с неэффективно заземленной нейтралью: с изолированной нейтралью, заземленной через дугогасящую катушку или высокоомный резистор.The proposed invention relates to the electric power industry and can be used to determine a feeder (supply line) with a single-phase arc fault (ODS) to earth in three-phase electrical networks (ES) with an ineffectively grounded neutral: with an isolated neutral grounded through an arc suppression coil or a high-resistance resistor.

Известен способ определения фидера с однофазным дуговым замыканием на землю в ЭС с неэффективно заземленной нейтралью, основанный на анализе установившихся значений высших гармонических составляющих тока нулевой последовательности (I0в.г.) в фидерах, отходящих от узла электропитания [Гельфанд Я.С. Релейная защита распределительных сетей. М., 1982]. В этом способе выделение поврежденного фидера с однофазным замыканием на землю осуществляется путем сопоставления (сравнения) значений высокочастотных составляющих в токах нулевой последовательности (НП): в поврежденном присоединении относительное содержание высших гармонических составляющих I0в.г. имеет максимальное значение.A known method for determining a feeder with a single-phase arc earth fault in an ES with an ineffectively grounded neutral, based on the analysis of the steady-state values of the higher harmonic components of the zero sequence current (I 0V.G. ) in the feeders departing from the power supply unit [Gelfand Y.S. Relay protection of distribution networks. M., 1982]. In this method, the selection of a damaged feeder with a single-phase earth fault is carried out by comparing (comparing) the values of high-frequency components in zero sequence currents (NP): in the damaged connection, the relative content of higher harmonic components I 0v.g. has a maximum value.

В силу того, что в данном способе в качестве входной измеряемой величины используется установившееся значение тока, то способ оказывается неприспособленным для выделения фидеров с кратковременными самоустраняющимися замыканиями, в то время как эта информация важна для оценки состояния изоляции и проведения профилактических испытаний линий с ослабленной изоляцией, а также для локации мест однофазных замыканий.Due to the fact that in this method a steady-state current value is used as an input measured value, the method turns out to be unsuitable for the selection of feeders with short-term self-clearing faults, while this information is important for assessing the state of insulation and conducting preventive tests on lines with weakened insulation. as well as for locating the places of single-phase faults.

Кроме того, известен способ определения фидера с однофазным дуговым замыканием на землю в трехфазных ЭС [Л.Е. Дударев, В.В. Зубков, В.И. Стасенко. Комплексная защита от замыканий на землю. - Электрические станции, №7, 1981], принятый в качестве прототипа и применимый при кратковременных самоустраняющихся замыканиях на землю, согласно которому в момент пробоя фазной изоляции регистрируют переходное напряжение нулевой последовательности на шинах центра электропитания (главного пункта питания (ГПП) или распределительной подстанции (РП)) и первые полуволны высокочастотных токов нулевой последовательности в отходящих фидерах. По полуволнам переходных напряжений и токов определяют начальный знак направления мощности для всех фидеров. Фидер, имеющий знак направления мощности противоположный остальным, принимается поврежденным.In addition, there is a known method for determining a feeder with a single-phase arc earth fault in three-phase ES [L.Ye. Dudarev, V.V. Zubkov, V.I. Stasenko. Comprehensive earth fault protection. - Power plants, No. 7, 1981], adopted as a prototype and applicable for short-term self-correcting earth faults, according to which, at the moment of phase insulation breakdown, the zero sequence transient voltage is recorded on the buses of the power supply center (main power point (GPP) or distribution substation ( RP)) and the first half-waves of high-frequency zero-sequence currents in outgoing feeders. The half-waves of transient voltages and currents determine the initial sign of the power direction for all feeders. A feeder with a power direction sign opposite to the others is considered damaged.

В данном способе в зависимости от начального знака направления мощности срабатывают пороговые устройства, приводящие к запуску устройства возврата, которое при отсутствии устойчивого повреждения через некоторое время tзд возвращает пороговые устройства в исходное состояние. Это время tзд выбирается исходя из условия отстройки от различного рода помех (например, вызванных коммутациями в сети или появлением высших гармонических составляющих в напряжении) и составляет от 7 до 10 мс, т.е. tзд близко к полупериоду промышленной частоты Τ0/2. Указанная задержка срабатывания устройства возврата определяется длительностью существования напряжения нулевой последовательности 3U0 при помехах. Если помеха в течение указанного времени не устранится или возникнет повторно в конце интервала tзд, приводя к появлению напряжения 3U0, то возникает ложное срабатывание (сигнализация).In this method, depending on the initial sign of the power direction, the threshold devices are triggered, leading to the triggering of the return device, which, in the absence of sustained damage, after some time t bw, returns the threshold devices to their initial state. This time t bg is selected based on the condition of detuning from various kinds of interference (for example, caused by switching in the network or the appearance of higher harmonic components in the voltage) and ranges from 7 to 10 ms, i.e. t zd close to the industrial frequency half period Τ 0/2. The specified response delay of the reset device is determined by the duration of the existence of the zero sequence voltage 3U 0 with interference. If the interference is not eliminated within the specified time or reappears at the end of the interval t bg , leading to the appearance of voltage 3U 0 , then a false operation (alarm) occurs.

В данном способе возможно неселективное определение фидера из-за искажения фазовых соотношений между током и напряжением, возникающего в момент однофазного замыкания на землю в отраженной от конца поврежденной линии волне [Борухман В.А. Об эксплуатации селективных защит от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ и мероприятиях по их совершенствованию. - Энергетик, №1, 2000]. Искажения в волну напряжения также вносятся измерительным электромагнитным трансформатором напряжения из-за достаточно высокого частотного спектра волны, достигающего десятков - сотен килогерц. Частотные характеристики электромагнитных измерительных трансформаторов напряжения таковы, что они способны трансформировать периодические составляющие только до нескольких килогерц: при более высоких частотах сказывается межвитковая емкость первичной обмотки [Гельфанд Я.С. Релейная защита распределительных сетей. - М., 1982, стр. 294]. При этом отличается знак мощности. Ограничивая полосу регистрируемых частот для повышения селективности выделения фидера с замыканием на землю, существенно снижается область применения данного способа, особенно для кабельных электрических сетей, в которых волновые процессы высокочастотны в силу незначительных длин линий.In this method, non-selective determination of the feeder is possible due to the distortion of the phase relationships between current and voltage, which occurs at the time of a single-phase earth fault in a wave reflected from the end of the damaged line [Borukhman V.A. On the operation of selective earth fault protection in 6-10 kV networks and measures to improve them. - Power engineer, No. 1, 2000]. Distortions in the voltage wave are also introduced by the measuring electromagnetic voltage transformer due to the rather high frequency spectrum of the wave, reaching tens - hundreds of kilohertz. The frequency characteristics of electromagnetic measuring voltage transformers are such that they are capable of transforming periodic components only up to several kilohertz: at higher frequencies, the interturn capacitance of the primary winding affects [Gelfand Ya.S. Relay protection of distribution networks. - M., 1982, p. 294]. In this case, the power sign is different. By limiting the band of recorded frequencies to increase the selectivity of the selection of the feeder with a ground fault, the field of application of this method is significantly reduced, especially for cable electrical networks, in which wave processes are high-frequency due to the small lengths of the lines.

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей (техническим результатом) изобретения является увеличение надежности и достоверности способа определения фидера с однофазным неустойчивым дуговым замыканием на землю в ЭС с неэффективно заземленной нейтралью.The analysis of the above prior art indicates that the objective (technical result) of the invention is to increase the reliability and reliability of the method for determining a feeder with a single-phase unstable arc earth fault in an ES with an ineffectively grounded neutral.

Это достигается тем, что в известном способе выделения поврежденного фидера регистрируют переходные токи НП в отходящих фидерах. Трансформаторы тока нулевой последовательности (ТТНП) фазируют единообразно - таким образом, чтобы при положительном предпробойном фазном напряжении в момент замыкания фазы на землю на выводах ТТНП с подключенными к ним нагрузочными резисторами формировался положительный высокочастотный всплеск напряжения. Посредством анализа переходных фазных напряжений устанавливают факт замыкания на землю и поврежденную фазу [Патент РФ №2232456 (от 11.10.2002). Способ распознавания однофазного дугового замыкания на землю и поврежденной фазы в распределительных сетях с резонансно-заземленной нейтралью // Качесов В.Е./ БИ №19, 2004]. Поврежденную фазу выделяют по максимальной по модулю производной фазного напряжения. Для поврежденной фазы на зарегистрированной в цифровой форме осциллограмме переходного напряжения u п(t) посредством вычисления конечных разностей определяют производную измеренного напряжения du п/dt и фиксируют момент времени tm1 максимальной по модулю производной напряжения. Измеряют временной интервал до предыдущего момента пробоя фазной изоляции, т.е. до предыдущего максимума производной по модулю Δtпред=tm1-tm0. Если рассматривается первичный пробой изоляции, то заведомо принимают Δtпред>1 мс; если Δtпред<1 мс, то текущий максимум производной (текущий пробой фазной изоляции) исключается из обработки. Если временной интервал Δtпред превышает 1 мс, т.е. Δtпред>1 мс, то с момента времени tm1 смещаются к началу осциллограммы u п(t) на время усреднения (интегрирования), равное ΔtU≅(0.025…0.1)T0, т.е. к моменту времени t0=tm1-tU. Далее с этого момента времени до времени tm1 находят среднее значение предпробивного фазного напряженияThis is achieved by the fact that, in the known method for isolating a damaged feeder, transient NP currents in the outgoing feeders are recorded. Zero-sequence current transformers (TTNP) are phased uniformly - so that with a positive pre-breakdown phase voltage at the moment of a phase-to-ground short circuit, a positive high-frequency voltage surge is formed at the terminals of the TTNP with load resistors connected to them. By analyzing the transient phase voltages, the fact of an earth fault and a damaged phase is established [RF Patent No. 2232456 (from 11.10.2002). A method for recognizing a single-phase arc earth fault and a damaged phase in distribution networks with a resonant-grounded neutral // Kachesov VE / BI No. 19, 2004]. The damaged phase is isolated according to the maximum modulus of the phase voltage derivative. For the damaged phase, on the digitally recorded oscillogram of the transient voltage u p (t), by calculating the finite differences, the derivative of the measured voltage d u p / dt is determined and the time moment t m1 of the maximum modulus of the voltage derivative is recorded. The time interval is measured until the previous moment of phase insulation breakdown, i.e. to the previous maximum of the derivative modulo Δt pre = t m1 -tm0. If a primary insulation breakdown is considered, then deliberately take Δt before > 1 ms; if Δt pre <1 ms, then the current maximum of the derivative (current breakdown of phase insulation) is excluded from processing. If the time interval Δt before exceeds 1 ms, i.e. Δt pre > 1 ms, then from the moment of time t m1 are shifted to the beginning of the oscillogram u p (t) for the averaging (integration) time equal to Δt U ≅ (0.025 ... 0.1) T 0 , i.e. by the time t 0 = t m1 -t U. Further, from this point in time to time t m1 , the average value of the pre-breakdown phase voltage is found

Figure 00000001
Figure 00000001

где Uп,k - мгновенные фазные напряжения на поврежденной фазе;where U p, k - instantaneous phase voltages on the damaged phase;

Figure 00000002
- количество отсчетов фазного напряжения на поврежденной фазе;
Figure 00000002
- the number of phase voltage readings on the damaged phase;

h - шаг дискретизации по времени на осциллограмме.h - sampling step in time on the oscillogram.

Далее определяют его знак - sign(Uп.ср.). С момента времени tm1 для всех осциллограмм зарегистрированных токов НП i0 в отходящих фидерах определяют ихFurther, its sign is determined - sign (U p.w. ). From the moment of time t m1 for all oscillograms of the registered currents of the NP i 0 in the outgoing feeders, their

средние значения на ограниченном временном отрезке ΔtI:average values on a limited time interval Δt I :

Figure 00000003
Figure 00000003

где

Figure 00000004
- количество отсчетов тока НП;Where
Figure 00000004
- number of readings of the NP current;

Figure 00000005
- треть периода свободных перезарядных колебаний в ЭС;
Figure 00000005
- a third of the period of free recharge oscillations in the ES;

LS - индуктивность рассеяния (короткого замыкания) понизительного трансформатора в центре электропитания;L S - leakage inductance (short circuit) of the step-down transformer in the center of the power supply;

Сф и Сфф - фазная и междуфазная емкости электрической сети.S f and S ff - phase and phase-to-phase capacities of the electrical network.

Из всех средних токов НИ оставляют два наибольших по модулю и определяют их знаки. Фидер, в котором знак среднего значения тока НИ sign(I0.ср) совпадает со знаком среднего предпробивного напряжения на поврежденной фазе, т.е. sign(I0.ср)=sign(Uп.cp), считается поврежденным.Of all the average currents, the NI leaves the two largest in absolute value and determines their signs. A feeder in which the sign of the average value of the current NI sign (I 0.av ) coincides with the sign of the average pre-breakdown voltage on the damaged phase, i.e. sign (I 0.cp ) = sign (U p.cp ), is considered damaged.

На фиг.1 показан фрагмент трехфазной ЭС, в которой реализуется предлагаемый способ; на фиг.2 приведены расчетные кривые при однофазных замыканиях на землю: токи НП в неповрежденном i0нп и поврежденном i0п фидерах, фазное напряжение на поврежденной фазе u п и его производная du п/dt.Figure 1 shows a fragment of a three-phase ES, in which the proposed method is implemented; Fig. 2 shows the calculated curves for single-phase ground faults: NP currents in undamaged i 0np and damaged i 0p feeders, phase voltage on the damaged phase u p and its derivative d u p / dt.

В ЭС, приведенной на фиг.1, энергия от ГПП - понизительной подстанции 1 передается по линиям 2 к РП, трансформаторным подстанциям (ТП) или нагрузке. На ГПП на отходящих фидерах установлены ТТНП (3), подключенные к нагрузочным резисторам 4 и устройству определения фидера с замыканием на землю.In the ES shown in Fig. 1, the energy from the GPP - step-down substation 1 is transmitted through lines 2 to the RP, transformer substations (TP) or load. At the GPP on the outgoing feeders there are installed ТТНП (3) connected to load resistors 4 and a device for determining the feeder with a ground fault.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

В процессе однофазного замыкания на землю на любой из отходящих линий 2 (фиг.1) на шинах центра электропитания 1 записывают в цифровом виде фазные напряжения, для чего, например, может быть использована система мониторинга переходных электромагнитных процессов [Качесов В.Е., Ларионов В.Н., Овсянников А.Г. О результатах мониторинга перенапряжений при однофазных дуговых замыканиях на землю в распределительных кабельных сетях. - Электрические станции, №8, 2002], и распознают вид повреждения - однофазное замыкание на землю и поврежденную фазу. Измерение напряжений выполняют на шинах ГПП с помощью электромагнитных измерительных трансформаторов. Для распознавания однофазного дугового замыкания на землю используют различные способы, например для электрической сети, нейтраль которой заземлена через дугогасящую катушку, используют способ, основанный на свойстве значительно меньшего действующего напряжения на поврежденной фазе по отношению к напряжениям на неповрежденных фазах, измеренных в течение ограниченного временного промежутка (~3 мс) после пробоя фазной изоляции и самогашения заземляющей дуги [Патент РФ №2232456 (от 11.10.2002). Способ распознавания однофазного дугового замыкания на землю и поврежденной фазы в распределительных сетях с резонансно-заземленной нейтралью // Качесов В.Е. / БИ №19, 2004]. Для электрических сетей с изолированной нейтралью применяют способ, в основе которого лежит свойство постоянства напряжения на нейтрали ЭС после самогашения заземляющий дуги [Патент РФ №2356062. Способ распознавания однофазного дугового замыкания на землю и поврежденной фазы в распределительных сетях с изолированной нейтралью/ Л.В. Богдашева, В.Е. Качесов; БИ №14, 2009].In the process of a single-phase earth fault on any of the outgoing lines 2 (figure 1) on the buses of the power supply center 1 phase voltages are recorded in digital form, for which, for example, a monitoring system for transient electromagnetic processes can be used [Kachesov V.E., Larionov V.N., Ovsyannikov A.G. On the results of monitoring overvoltage at single-phase arc earth faults in distribution cable networks. - Power stations, No. 8, 2002], and recognize the type of damage - a single-phase earth fault and a damaged phase. Voltage measurement is performed on the GPP buses using electromagnetic measuring transformers. To recognize a single-phase arc earth fault, various methods are used, for example, for an electrical network, the neutral of which is grounded through an arc suppression coil, a method is used based on the property of a significantly lower effective voltage on the damaged phase in relation to the voltages on the undamaged phases, measured over a limited time interval (~ 3 ms) after breakdown of phase isolation and self-extinguishing of the grounding arc [RF Patent No. 2232456 (dated 11.10.2002). A method for recognizing a single-phase arc fault to ground and a damaged phase in distribution networks with a resonant-grounded neutral // Kachesov V.E. / BI No. 19, 2004]. For electrical networks with an isolated neutral, a method is used, which is based on the property of constant voltage at the neutral of the ES after self-extinguishing of the grounding arc [RF Patent No. 2356062. A method for recognizing a single-phase arc fault to earth and a damaged phase in distribution networks with isolated neutral / L.V. Bogdasheva, V.E. Kachesov; BI No. 14, 2009].

Распознавание поврежденной фазы выполняют путем вычисления производных всех фазных напряжений и сравнения их в моменты пробоя фазной изоляции - на поврежденной фазе производная напряжения du п/dt максимальна. Из всего массива производной du п/dt выбирают максимум производной - например tm1, и вычисляют предпробивное время по отношению к предыдущему пробою Δtпред=tm1-tm0, которое должно превышать 1 мс [фиг.2]. Если это условие не выполняется, то обработку такого замыкания (пробоя фазной изоляции) не выполняют. При выполнении условия Δtпред>1 мс определяют полярности предпробивного среднего напряжения на поврежденной фазе и средних токов нулевой последовательности во всех фидерах, отходящих от шин центра электропитания. От времени максимума производной tm1 отступают к началу осциллограммы напряжения на поврежденной фазе на время ΔtU≅(0.025…0.1)T0, в течение которого вычисляют среднее значение напряжения Uп.ср.. С момента времени максимума производной напряжения на поврежденной фазе tm1 в течение трети периода свободных перезарядных колебаний ΔtI определяют среднее значение тока нулевой последовательности. Из всех средних токов НП оставляют два с максимальными по модулю значениями. Полярности средних значений этих двух токов нулевой последовательности sign(I0cp.) сопоставляют с полярностью напряжения на поврежденной фазе sign(Uп.ср.): фидер, у которого полярность среднего тока нулевой последовательности совпадает с полярностью среднего предпробивного напряжения на поврежденной фазе, т.е. выполняется условие sign(Uп.ср.)=sign(I0ср.), является фидером с однофазным замыканием на землю.Recognition of the damaged phase is performed by calculating the derivatives of all phase voltages and comparing them at the moments of phase insulation breakdown - on the damaged phase, the derivative of the voltage d u p / dt is maximum. From the entire array of the derivative d u p / dt select the maximum derivative - for example t m1 , and calculate the pre-breakdown time with respect to the previous breakdown Δt pre = t m1 -t m0 , which should exceed 1 ms [Fig. 2]. If this condition is not met, then the processing of such a short circuit (phase insulation breakdown) is not performed. When the condition Δt pre > 1 ms is satisfied, the polarities of the pre-breakdown average voltage on the damaged phase and the average zero sequence currents in all feeders outgoing from the buses of the power supply center are determined. From the time of the derivative maximum t m1 retreat to the beginning of the oscillogram of the voltage on the damaged phase for the time Δt U ≅ (0.025 ... 0.1) T 0 , during which the average value of the voltage U p.w. is calculated. ... From the moment of time of the maximum of the derivative of the voltage on the damaged phase t m1 during one third of the period of free recharge oscillations Δt I , the average value of the zero sequence current is determined. Of all the mean currents of the NP, two are left with the maximum values in absolute value. The polarities of the average values of these two zero-sequence currents sign (I 0cp. ) Are compared with the polarity of the voltage on the damaged phase sign (U p.w. ): a feeder whose polarity of the average zero-sequence current coincides with the polarity of the average pre-breakdown voltage on the damaged phase, t .e. the condition sign (U p.w. ) = sign (I 0av. ) is satisfied , is a feeder with a single-phase earth fault.

Выбранный диапазон времени усреднения (интегрирования) обусловлен тем, что при частых пробоях фазной изоляции, когда между ними малые временные промежутки, и сам переходный процесс пробоев носит стохастический характер, определение среднего значения предпробивного напряжения вне указанного диапазона ΔtU≅(0.025…0.1)T0 может привести к неточному результату, поскольку вычисление выполняется во время переходного знакопеременного процесса. Неточность вычисления напряжения может даже привести к неправильному определению его полярности. Поскольку выделение поврежденного фидера выполняется по полярностям среднего тока и напряжения, то поврежденный фидер может быть определен ошибочно, т.е. достоверность определения будет низкой.The selected range of averaging (integration) time is due to the fact that with frequent breakdowns of phase insulation, when there are small time intervals between them, and the transient process of breakdowns itself is stochastic, the determination of the average value of the pre-breakdown voltage outside the specified range ΔtU≅ (0.025 ... 0.1) T 0 may lead to an inaccurate result, since the calculation is performed during a transient alternating process. Inaccurate voltage calculation can even lead to incorrect determination of its polarity. Since the identification of the damaged feeder is performed according to the polarities of the mean current and voltage, then the damaged feeder can be erroneously identified, i.e. the reliability of the determination will be low.

Для компьютерных кривых токов НП и напряжения на поврежденной фазе, полученных с помощью программы расчета переходных электромагнитных процессов ЕМТР [Н.W. Dommel, "Digital computer solution of electromagnetic transients in single and multiphase networks," IEEE Trans., vol. PAS-88, pp. 382-399, April 1969] и представленных на фиг.2, выполнены расчеты средних предпробивных напряжений и средних токов НП для двух пробоев фазной изоляции, которые происходят при напряжениях, отличающихся приблизительно в 2 раза: ~8000 и 4000 В. Расчетное значение ΔtI для рассматриваемой ЭС составило 570 мкс. В таблице приведены средние значения предпробивных напряжений при каждом пробое фазной изоляции и средние токи НП в неповрежденном и поврежденном фидерах. Знаки средних токов НП в поврежденном фидере совпадают со знаками средних предпробивных напряжений на поврежденной фазе при обоих пробоях, что позволяет выделить поврежденный фидер из всех, присоединенных к шинам.For computer curves of NP currents and voltage on the damaged phase, obtained using the program for calculating transient electromagnetic processes EMTP [N.W. Dommel, "Digital computer solution of electromagnetic transients in single and multiphase networks," IEEE Trans., Vol. PAS-88, pp. 382-399, April 1969] and presented in Fig. 2, calculations of the average pre-breakdown voltages and average currents of the NP for two breakdowns of phase insulation, which occur at voltages that differ approximately by 2 times: ~ 8000 and 4000 V. The calculated value of Δt I for the considered ES was 570 μs. The table shows the average values of pre-breakdown voltages at each breakdown of phase insulation and average NP currents in undamaged and damaged feeders. The signs of the average NP currents in the damaged feeder coincide with the signs of the average pre-breakdown voltages in the damaged phase during both breakdowns, which makes it possible to single out the damaged feeder from all those connected to the buses.

Figure 00000006
Figure 00000006

Таким образом, определение фидера с однофазным замыканием на землю в трехфазных электрических сетях с любым способом неэффективного заземления нейтрали выполняется посредством достоверно устанавливаемого факта замыкания на землю на основе анализа регистрируемых фазных напряжений ЭС, определения поврежденной фазы по максимуму модуля производной фазного напряжения, и совпадения знаков среднего значения предпробивного напряжения на поврежденной фазе и среднего значения тока нулевой последовательности в отходящем поврежденном фидере, измеренного в течение трети периода свободных перезарядных колебаний в ЭС. Положительным эффектом является надежность выделения фидеров с замыканием на землю даже в ЭС с короткими фидерами, когда высокочастотные колебания в электрической сети трансформируются на сторону низкого напряжения измерительных трансформаторов напряжения со значительными амплитудными и фазовыми искажениями.Thus, the determination of a feeder with a single-phase ground fault in three-phase electrical networks with any method of ineffective neutral grounding is performed by means of a reliably established fact of a ground fault based on the analysis of the registered phase voltages of the ES, determination of the damaged phase by the maximum modulus of the phase voltage derivative, and coincidence of the mean the values of the pre-breakdown voltage on the damaged phase and the average value of the zero sequence current in the outgoing damaged feeder, measured during one third of the period of free recharge oscillations in the ES. A positive effect is the reliability of the selection of feeders with a ground fault even in ES with short feeders, when high-frequency fluctuations in the electrical network are transformed to the low-voltage side of voltage measuring transformers with significant amplitude and phase distortions.

Claims (1)

Способ определения фидера с однофазным дуговым замыканием на землю в трехфазных электрических сетях с неэффективно заземленной нейтралью, основанный на регистрации переходного напряжения нулевой последовательности на шинах центра электропитания, отличающийся тем, что регистрируют переходные фазные напряжения на шинах центра электропитания и посредством их обработки устанавливают факт дугового замыкания на землю, а также поврежденную фазу по наибольшей производной фазного напряжения в момент пробоя фазной изоляции; в производной напряжения на поврежденной фазе du п/dt находят ее максимум в момент пробоя изоляции и вычисляют предпробивное время по отношению к предыдущему пробою Δt пред=t m1-t m0, которое должно превышать 1 мс, если это условие не выполняется, то обработку такого замыкания (пробоя фазной изоляции) не выполняют; при выполнении условия Δt пред>1мс определяют полярности среднего предпробивного напряжения на поврежденной фазе и средних токов нулевой последовательности во всех фидерах, отходящих от шин; для этого от времени максимума производной t m1 отступают к началу осциллограммы напряжения на поврежденной фазе на время Δt U ≅(0.025…0.1)T 0 (T 0 - период промышленной частоты), в течение которого вычисляют среднее предпробивное напряжение U п.ср.; с момента времени максимума производной напряжения на поврежденной фазе t m1 за время, равное трети периода свободных перезарядных колебаний электрической сети Δt I , определяют средние токи нулевой последовательности во всех отходящих фидерах, из них оставляют два с максимальными по модулю значениями; полярности этих двух токов нулевой последовательности sign(I 0ср.) сопоставляют с полярностью среднего предпробивного напряжения на поврежденной фазе sign(U п.ср.), один из двух выделенных фидеров, у которого полярность среднего тока нулевой последовательности совпадает с полярностью среднего предпробивного напряжения на поврежденной фазе, т.е. выполняется условие sign(U п.ср.)=sign(I 0ср.), является фидером с однофазным замыканием на землю.A method for determining a feeder with a single-phase arc fault to earth in three-phase electrical networks with an ineffectively grounded neutral, based on the registration of the zero sequence transient voltage on the buses of the power supply center, characterized in that the transient phase voltages on the buses of the power supply center are recorded and, through their processing, the fact of an arc fault is established to the ground, as well as the damaged phase by the largest derivative of the phase voltage at the moment of phase insulation breakdown; in the derivative of the voltage on the damaged phase d u p / d t, find its maximum at the moment of insulation breakdown and calculate the pre-breakdown time with respect to the previous breakdown Δ t pre = t m1 - t m0 , which should exceed 1 ms, if this condition is not met, then the processing of such a short circuit (breakdown of phase insulation) is not performed; when the condition Δt pre > 1ms is fulfilled, the polarities of the average pre-breakdown voltage on the damaged phase and the average zero sequence currents in all feeders leaving the buses are determined; for this, from the time of the derivative maximum t m1, they retreat to the beginning of the oscillogram of the voltage on the damaged phase for the time Δ t U ≅ (0.025 ... 0.1) T 0 ( T 0 is the power frequency period), during which the average pre-breakdown voltage U p.av. is calculated. ; from the moment of time of the maximum of the derivative of the voltage on the damaged phase t m1 for a time equal to a third of the period of free recharging oscillations of the electrical network Δ t I , the average zero-sequence currents in all outgoing feeders are determined, two of them are left with the maximum modulo values; the polarities of these two zero-sequence currents sign ( I 0av. ) are compared with the polarity of the average pre-breakdown voltage on the damaged phase sign ( U p.av. ), one of the two selected feeders, in which the polarity of the mean zero-sequence current coincides with the polarity of the average pre-breakdown voltage on damaged phase, i.e. the condition sign ( U p.w. ) = sign ( I 0av. ) is satisfied , is a feeder with a single-phase earth fault.
RU2020117211A 2020-05-26 2020-05-26 Method for determination of feeder with single-phase earth fault in three-phase electric networks with inefficiently earthed neutral RU2738469C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020117211A RU2738469C1 (en) 2020-05-26 2020-05-26 Method for determination of feeder with single-phase earth fault in three-phase electric networks with inefficiently earthed neutral

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020117211A RU2738469C1 (en) 2020-05-26 2020-05-26 Method for determination of feeder with single-phase earth fault in three-phase electric networks with inefficiently earthed neutral

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738469C1 true RU2738469C1 (en) 2020-12-14

Family

ID=73835185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020117211A RU2738469C1 (en) 2020-05-26 2020-05-26 Method for determination of feeder with single-phase earth fault in three-phase electric networks with inefficiently earthed neutral

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738469C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114252725A (en) * 2021-11-05 2022-03-29 国网河南省电力公司电力科学研究院 HHT and ResNet 18-based single-phase earth fault type comprehensive identification method
RU2810990C1 (en) * 2022-12-12 2024-01-09 Кокарев Алексей Алексеевич Method for determining single-phase ground fault in three-phase power transmission line with isolated neutral

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4398232A (en) * 1981-11-13 1983-08-09 Westinghouse Electric Corp. Protective relaying methods and apparatus
WO1999010753A1 (en) * 1997-08-27 1999-03-04 Abb Transmit Oy Method for the location of a high-resistance earth fault in a power distribution system on the basis of current measurements
RU2232456C1 (en) * 2002-11-10 2004-07-10 Новосибирский государственный технический университет Method for detecting single-phase arcing-ground fault and phase failure in resonance-grounded-neutral distribution mains
RU2356062C1 (en) * 2007-10-16 2009-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет Method for detection of one-phase arcing to ground and faulty phase in distributing systems with isolated neutral

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4398232A (en) * 1981-11-13 1983-08-09 Westinghouse Electric Corp. Protective relaying methods and apparatus
WO1999010753A1 (en) * 1997-08-27 1999-03-04 Abb Transmit Oy Method for the location of a high-resistance earth fault in a power distribution system on the basis of current measurements
RU2232456C1 (en) * 2002-11-10 2004-07-10 Новосибирский государственный технический университет Method for detecting single-phase arcing-ground fault and phase failure in resonance-grounded-neutral distribution mains
RU2356062C1 (en) * 2007-10-16 2009-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет Method for detection of one-phase arcing to ground and faulty phase in distributing systems with isolated neutral

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114252725A (en) * 2021-11-05 2022-03-29 国网河南省电力公司电力科学研究院 HHT and ResNet 18-based single-phase earth fault type comprehensive identification method
RU2810990C1 (en) * 2022-12-12 2024-01-09 Кокарев Алексей Алексеевич Method for determining single-phase ground fault in three-phase power transmission line with isolated neutral

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8031447B2 (en) Transformer through-fault current monitor
Djokić et al. Advanced voltage sag characterisation II: point on wave
Rabla et al. Arc fault analysis and localisation by cross-correlation in 270 V DC
EP2553480B1 (en) Improvements introduced in monitoring system of dielectric state of high voltage equipments with capacitive insulation, such as condensive bushings, current transformers, potential transformers and similar
US10802054B2 (en) High-fidelity voltage measurement using a capacitance-coupled voltage transformer
CN111226363B (en) Method and device for identifying fault sections in a multi-terminal hybrid line
CN106526383B (en) Lightning arrester state monitoring system and monitoring method
US10345363B2 (en) High-fidelity voltage measurement using resistive divider in a capacitance-coupled voltage transformer
Keitoue et al. Lightning caused overvoltages on power transformers recorded by on-line transient overvoltage monitoring system
RU2738469C1 (en) Method for determination of feeder with single-phase earth fault in three-phase electric networks with inefficiently earthed neutral
RU2254586C1 (en) Method of finding feeder with single-phase arc fault to ground in radial distribution cable circuits
RU2771222C1 (en) Method for determining a damaged feeder in case of single phase to ground fault in a distribution electrical network
EP2196812A1 (en) Monitoring device for detecting earth faults
Bidan et al. Development of a new off-line test procedure for low voltage rotating machines fed by adjustable speed drives (ASD)
Kachesov et al. Monitoring in 6–35 kV power networks, location of single-phase ground fault and detection of fault feeder
Varetsky Overvoltages in MV industrial grid under ground faults
CN107957539A (en) A kind of electromagnetic potential transformer first winding tail end insulation detecting method and device
RU2786506C1 (en) A method for isolating an overhead power transmission line with a single-phase earth fault in three-phase electrical networks
EP1065510A1 (en) Location of restriking and transient earth faults
Bhalja et al. Rate of rise of differential current based protection of power transformer
Naseri et al. Incipient fault monitoring of medium voltage UD-EPR power cable using Rogowski coil
JP6736454B2 (en) Ground voltage detector
Habrych Comparative performance study of the Hall sensor based directional ground fault protection in MV mining network with ineffective earthing
Gudžius et al. Real time monitoring of the state of smart grid
TANOUE et al. Effect of Rectifier on Transient Characteristics of Transformer at DC Substation for Electric Railway