RU2744995C1 - Method of protection against single-phase earth faults - Google Patents

Method of protection against single-phase earth faults Download PDF

Info

Publication number
RU2744995C1
RU2744995C1 RU2020118992A RU2020118992A RU2744995C1 RU 2744995 C1 RU2744995 C1 RU 2744995C1 RU 2020118992 A RU2020118992 A RU 2020118992A RU 2020118992 A RU2020118992 A RU 2020118992A RU 2744995 C1 RU2744995 C1 RU 2744995C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
value
zero
values
discrete
zero sequence
Prior art date
Application number
RU2020118992A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Милюшин
Original Assignee
Николай Николаевич Милюшин
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 Николай Николаевич Милюшин filed Critical Николай Николаевич Милюшин
Priority to RU2020118992A priority Critical patent/RU2744995C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2744995C1 publication Critical patent/RU2744995C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16—Emergency 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

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering. The method of protection against a single-phase earth fault in an electrical network consists in measuring the instantaneous values ​​of the zero sequence current and the rate of rise of the instantaneous values ​​of the zero sequence voltage of the transient process at the moment of the failure of the isolation of the mains phase to the ground, calculating the integral value calculated in the specified time interval of the protection operation, and the formation of a control action on the executive protection organs when the integral value of the set value is exceeded, while the coefficient of mutual correlation of instantaneous values ​​of zero sequence currents and the rate of rise of instantaneous values ​​of zero sequence voltage is used as an integral value, N discrete values ​​of the speed are preliminarily formed simultaneously or with the minimum possible delay changes in the zero-sequence voltage and N discrete values ​​of the zero-sequence current shifted by j samples, determine the coefficient of interaction me correlations according to the ratio
Figure 00000007
where d3Uo (n) = (U2-U1)/ΔТ is the n-th discrete value of the time derivative of the zero-sequence voltage, U1, U2 are the results of two consecutive values ​​of the zero-sequence voltage of the n-th cycle of generation of discrete values, ΔT is the interval time between two consecutive moments of formation of a discrete value; 3Io(n-j)-(n-j)-th discrete value of zero sequence current; N is the number of discrete values, the calculated value of the cross-correlation coefficient is compared with a given value (setpoint) and a decision is made on the formation of a control action.
EFFECT: improving the reliability of protection.
1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, в частности - к способам защиты от однофазных замыканий на землю в электрических сетях с различными вариантами реализации нейтрали. Может найти применение при разработке микропроцессорных устройств селективной сигнализации и защиты при кратковременных, перемежающихся и устойчивых замыканиях на землю.The proposed invention relates to electrical engineering, in particular - to methods of protection against single-phase earth faults in electrical networks with various options for the implementation of the neutral. It can find application in the development of microprocessor-based devices for selective signaling and protection in case of short-term, intermittent and persistent earth faults.

Известен способ [1] (а.с. СССР №299908 Н02Н 3/16, опубл. 26.03.71, БИ №12) направлен ной защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированных сетях, в соответствии с которым в защищаемом присоединении дифференцируют напряжение нулевой последовательности, подавляют составляющую основной частоты в дифференцированном напряжении и в токе нулевой последовательности, анализируют знаки дифференцированного напряжения и тока нулевой последовательности и по их сочетанию формируют или сигнал блокирования защиты или сигнал срабатывания защиты,The known method [1] (and.with. USSR No. 299908 Н02Н 3/16, publ. 03.26.71, BI No. 12) directional protection against single-phase earth faults in compensated networks, according to which the zero voltage is differentiated in the protected connection sequences, suppress the component of the fundamental frequency in the differential voltage and in the zero-sequence current, analyze the signs of the differential voltage and zero-sequence current and, by their combination, form either a protection blocking signal or a protection operation signal,

Недостатками известного способа [1] являются возможность применения его только лишь для фиксации устойчивых замыканий на землю, а так же низкая устойчивость к воздействию шумов и помех.The disadvantages of the known method [1] are the possibility of using it only for fixing stable earth faults, as well as low resistance to noise and interference.

Известен способ [2] (а.с. СССР №1078526 Н02Н 3/16, опубл. 07.03.84, БИ №9), в котором для определения поврежденного присоединения измеряют мгновенные значения тока нулевой последовательности и опорной величины при переходном процессе в момент нарушения изоляции фазы сети на землю, сравнивают и запоминают начальные знаки переходного тока и опорной величины, при совпадении знаков указанных величин выдают воздействия на исполнительные органы защиты, при этом 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.The known method [2] (and.with. USSR No. 1078526 Н02Н 3/16, publ. 03/07/84, BI No. 9), in which to determine the damaged connection measure the instantaneous values of the zero sequence current and the reference value during the transient process at the moment of violation isolation of the mains phase to ground, compare and store the initial signs of the transient current and the reference value, when the signs of the indicated values coincide, they give out effects on the executive protection organs, while the rate of rise of instantaneous values of the zero sequence voltage of the transient process at the moment of insulation failure is used as the reference value, recorded upon the occurrence of a transient current surge.

Недостатком известного способа [2] является низкая помехоустойчивость.The disadvantage of this method [2] is low noise immunity.

Известен так же способ [3] (Шуин В.А., Гусенков A.B. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. - М: НТФ «Энергопрогресс», стр. 76-78). направленной защиты от однофазных замыканий на землю в элетрических сетях с изолированной нейтралью, с компенсацией емкостных токов и высокоомным заземлением нейтрали через резистор. Такой способ объединяет указанные выше способы [1] и [2] и обеспечивает селективное определение поврежденного присоединение при всех разновидностях однофазного замыкания на землю и. непрерывность дебетам при устойчивых замыканиях на землю. Способ [3] реализуется устройством «Спектр», описание структурной схемы которого приведено в [3], стр. 77.Also known is the method [3] (Shuin VA, Gusenkov A.B. Protection against earth faults in electrical networks 6-10 kV. - M: NTF "Energoprogress", pp. 76-78). directional protection against single-phase earth faults in electrical networks with isolated neutral, with compensation of capacitive currents and high-resistance neutral grounding through a resistor. This method combines the above methods [1] and [2] and provides a selective determination of the damaged connection for all types of single-phase earth fault and. continuity of debits with persistent earth faults. Method [3] is implemented by the "Spectrum" device, a description of the structural diagram of which is given in [3], page 77.

Недостатком способа [3] и устройства, его реализующего, является низкая устойчивость функционирования в условиях воздействия шумов и помех из-за низкого значения отношения сигнал/помеха.The disadvantage of the method [3] and the device that implements it is the low stability of functioning under the influence of noise and interference due to the low value of the signal-to-interference ratio.

Наиболее близким к предлагаемому способу и техническому решению устройства, его реализующего, и принятые за прототип, является известный способ и устройство на его основе [4] (патент РФ №2402131 Н02Н 3/16, опуб. 20.10.2010 г. Бюл. №29), в соответствии с которым диагностика и направленная защита от однофазных замыканий на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью, компенсацией емкостных токов или с заземлением нейтрали через высокоомный резистор обеспечивается измерением мгновенных значений тока нулевой последовательности и скорости нарастания мгновенных значений напряжения нулевой последовательности переходного процесса в момент нарушения изоляции фазы сети на землю, вычислением интегральной величины, рассчитываемой в интервале времени срабатывания защиты, выдачей командного воздействия на исполнительные органы защиты при превышении интегральной величиной заданного значения (уставки), при этом 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). Временная корреляционная функция вычисляется в соответствии с выражением:Closest to the proposed method and technical solution of the device that implements it, and taken as a prototype, is a known method and device based on it [4] (RF patent No. 2402131 H2H 3/16, publ. 20.10.2010, bull. No. 29 ), in accordance with which diagnostics and directional protection against single-phase earth faults in electrical networks with isolated neutral, compensation of capacitive currents or with neutral grounding through a high-resistance resistor is provided by measuring instantaneous values of the zero sequence current and the rate of rise of instantaneous values of the zero sequence voltage of the transient process in the moment of violation of the insulation of the mains phase to the ground, by calculating the integral value calculated in the time interval of the protection operation, by issuing a command action to the executive protection organs when the integral value of the set value (setting) is exceeded, while the cross-correlation function of the scoops is selected as the integral value of the instantaneous values of zero-sequence currents and the rate of rise of zero-sequence voltage, and the insulation state is diagnosed in case of unstable single-phase earth faults according to the number of insulation faults recorded when the integral value of the set value (setting) is exceeded. The temporal correlation function is calculated according to the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где: Т - интервал, интегрирования;where: T - interval, integration;

τ - значение сдвига.τ is the shift value.

Вариант устройства, реализующего известный способ [4], содержит: первый и второй аналого-цифровой преобразователь, дифференциатор (вычислитель производной), коррелятор, первую, вторую и третью схемы сравнения, блок памяти, первый и второй счетчики и дешифратор.A variant of the device that implements the known method [4] contains: first and second analog-to-digital converter, differentiator (derivative calculator), correlator, first, second and third comparison circuits, memory unit, first and second counters and decoder.

Способ [4] реализуется следующим образом. При возникновении замыкания на землю на входы блоков аналого-цифрового преобразования поступают соответственно ток нулевой последовательности 3Io и напряжение нулевой последовательности 3Uo от измерительных трансформаторов. С выхода аналого-цифрового преобразователя цифровые отсчеты тока нулевой последовательности 3Io поступают на первый вход коррелятора. На второй вход коррелятора подаются цифровые отсчеты, пропорциональные скорости нарастания напряжения нулевой последовательности, образующиеся после аналого-цифрового преобразования и дифференцирования напряжения нулевой последовательности 3Uo. Коррелятор осуществляет цифровое вычисление корреляционной функции подобно аналоговому выражению (1). С выхода коррелятора цифровые отсчеты корреляционной функции поступают на первые входы схем срабатывания, а на их вторые входы с блока памяти поступают цифровые кода уставок. Для схемы срабатывания подается уставка неустойчивого однофазного замыкания на землю, а для схемы сравнивания - установка устойчивого однофазного замыкания на землю. Различия уставок обусловлено значением отношения сигнал/шум в режиме устойчивого и в режиме неустойчивого замыканий.Method [4] is implemented as follows. In the event of a ground fault, the zero sequence current 3Io and the zero sequence voltage 3Uo from the measuring transformers are supplied to the inputs of the analog-to-digital conversion units, respectively. From the output of the analog-to-digital converter, digital samples of the zero sequence current 3Io are fed to the first input of the correlator. The second input of the correlator is fed with digital samples proportional to the rate of rise of the zero sequence voltage, which are formed after the analog-to-digital conversion and differentiation of the zero sequence voltage 3Uo. The correlator performs digital computation of the correlation function similar to the analog expression (1). From the output of the correlator, digital readings of the correlation function are fed to the first inputs of the actuation circuits, and digital codes of settings are sent to their second inputs from the memory unit. For the pickup circuit, an unstable single-phase ground fault setting is applied, and for the comparison circuit, a stable single-phase ground fault setting is applied. The differences in settings are due to the value of the signal-to-noise ratio in the stable mode and in the unstable circuit mode.

При устойчивом однофазном замыкании на землю количество превышений заданного значения подсчитывается счетчиком, выход которого соединен с первым входам схемы сравнения. На второй вход схемы сравнения с блока памяти 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 воздействия на исполнительные органы релейной защиты.With a stable single-phase earth fault, the number of exceedances of the set value is counted by a counter, the output of which is connected to the first inputs of the comparison circuit. A digital code is fed to the second input of the comparison circuit from the memory unit, which characterizes the time interval from which a single-phase earth fault is classified as stable. When this time interval is exceeded, a signal appears at the output of the comparison circuit to influence the actuators of the relay protection.

При неустойчивом однофазном замыкании на землю количество превышений заданного значения по дочитывается счетчиком, выход которого соединен с дешифратором. В зависимости от значения цифрового кода с выхода счетчика, на одном из выходов дешифратора появляется сигнал. При этом состояние изоляции анализируемой фазы сети, связанное с числом произошедших неустойчивых однофазных замыканий на землю, можно характеризовать номером выхода дешифратора, 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 case of an unstable single-phase earth fault, the number of exceeding the set value is read by a counter, the output of which is connected to a decoder. Depending on the value of the digital code from the counter output, a signal appears at one of the decoder outputs. In this case, the isolation state of the analyzed phase of the network, associated with the number of unstable single-phase ground faults that occurred, can be characterized by the number of the decoder output on which the signal appeared. This information (decoder output number) can act as diagnostic, signal, or serve to provide command action on the executive bodies of relay protection.

Известный способ [4] обеспечивает большую устойчивость функционирования в условиях воздействия шумов при различных вариантах организации нейтрали электрической сети, а так же позволяет реализовать диагностику состояния изоляции в режиме неустойчивых однофазных, замыканий на землю.The known method [4] provides greater stability of functioning under the influence of noise with various options for organizing the neutral of the electrical network, and also allows you to diagnose the state of insulation in the mode of unstable single-phase, ground faults.

Однако способ [4] имеет существенный недостаток, связанный с некоторой предварительной неопределенностью значения контролируемой величины, по изменению шторой принимается решение о необходимости срабатывания защиты. Так, вычисленная взаимная корреляционная функция по соотношению (1) может иметь значительный диапазон значений, зависящий от амплитудных значений входных величин, что является неудобным при задании значения уставок и может приводить к снижению надежности функционирования реализуемого по данному способу устройства защиты. Кроме того, в данном способе основное соотношение приведено в виде аналогового интеграла произведения непрерывных подынтегральных функций, в то же время в описании принципа действия способа описывается цифровые аналоги подынтегральных функций, при этом не совсем четко представлена методика реализации способа именно в цифровом виде, т.е. в виде порядка действий над некоторым количеством дискретных отсчетов аналоговых величин, что не позволяет выполнить практическую реализацию способа [4] наилучшим образом.However, the method [4] has a significant drawback associated with some preliminary uncertainty of the value of the controlled value, according to the change by the curtain, a decision is made on the need for protection operation. Thus, the calculated cross-correlation function according to the relation (1) can have a significant range of values depending on the amplitude values of the input quantities, which is inconvenient when setting the value of the settings and can lead to a decrease in the reliability of the operation of the protection device implemented according to this method. In addition, in this method, the main relationship is given in the form of an analog integral of the product of continuous integrands, at the same time, in the description of the principle of operation of the method, digital analogs of the integrands are described, while the methodology for implementing the method in digital form is not quite clearly presented, i.e. ... in the form of an order of actions over a certain number of discrete samples of analog values, which does not allow the practical implementation of the method [4] in the best possible way.

Из теории обработки сигналов известно [5] (Эммануил С. Айфичер, Барри У. Джервис. Цифровая обработка сигналов: практический подход. - М.; ИД Вильямс, 2008 г., стр. 287), что коэффициент взаимной корреляции имеет диапазон изменений от минус 1 до 1 вне зависимости от фактических значений анализируемых на корреляцию функций. Использование данного коэффициента в качестве контролируемой величины в способе защиты от замыканий на землю заранее дает понимание возможного диапазона его изменения, что позволяет производить назначение уставок в соответствии с вполне однозначно понятным принципом - чем ближе модуль коэффициента взаимной корреляции к единице, тем ближе друг к другу формы анализируемых сигналов, и наоборот - чем меньше значение, тем менее похожи формы сигналов друг на друга. Потому является обоснованным возможность осуществления способа защиты от замыкания на землю на основе контроля значения коэффициента взаимной корреляции.From the theory of signal processing it is known [5] (Emmanuel S. Aificher, Barry W. Jervis. Digital signal processing: a practical approach. - M .; ID Williams, 2008, p. 287) that the cross-correlation coefficient has a range of changes from minus 1 to 1 regardless of the actual values of the functions analyzed for correlation. The use of this coefficient as a controlled value in the method of protection against earth faults in advance gives an understanding of the possible range of its variation, which allows the assignment of settings in accordance with a completely unambiguous principle - the closer the module of the cross-correlation coefficient is to one, the closer to each other the shapes the analyzed signals, and vice versa - the smaller the value, the less similar the waveforms to each other. Therefore, it is reasonable to implement the method of protection against earth fault based on the control of the value of the cross-correlation coefficient.

Техническая цель предлагаемого способа диагностики и защиты от однофазных замыканий на землю является задание диапазона возможного изменения значения контролируемой величины.The technical goal of the proposed method for diagnostics and protection against single-phase earth faults is to set the range of possible changes in the value of the monitored value.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом и устройством на его основе, является повышение надежности функционирования.The technical result achieved by the proposed method and a device based on it is to increase the reliability of operation.

Поставленная цель достигается за счет того, что в качестве интегральной величины используется вычисляемый коэффициент взаимной корреляции периодически измеряемых мгновенных значений токов нулевой последовательности и скорости нарастания напряжения нулевой последовательности.This goal is achieved due to the fact that the calculated coefficient of cross-correlation of periodically measured instantaneous values of zero-sequence currents and the rate of rise of zero-sequence voltage is used as an integral value.

Значение коэффициент взаимной корреляции вычисляют по соотношению:The value of the cross-correlation coefficient is calculated by the ratio:

Figure 00000002
Figure 00000002

где: d3Uo(n) - n-е дискретное значение производной по времени напряжения нулевой последовательности;where: d3Uo (n) is the n-th discrete value of the time derivative of the zero sequence voltage;

3Io(n-j) - (n-j)-е дискретное значение тока нулевой последовательности;3Io (n-j) - (n-j) -th discrete value of zero sequence current;

N - число дискретных значений.N is the number of discrete values.

Предварительно одновременно или с минимально возможной задержкой формируют N дискретных значений скорости изменения напряжения нулевой последовательности и сдвинутых на j отсчетов N дискретных значений тока нулевой последовательности, сравнивают вычисленное значение коэффициента взаимной корреляции с заданным значением (уставкой), и если вычисленное значение превышает заданное, то формируют команду на срабатывание защиты.Preliminarily, simultaneously or with the minimum possible delay, N discrete values of the rate of change of the zero-sequence voltage and N discrete values of the zero-sequence current shifted by j samples are formed, the calculated value of the cross-correlation coefficient is compared with the specified value (setting), and if the calculated value exceeds the specified value, then command to operate protection.

Вариант устройства по предлагаемому способу изображен на фиг. 1. Устройство содержит трансформатор 1 напряжения нулевой последовательности 3Uo, трансформатор 2 тока нулевой последовательности 3Io, адаптер 3 канала напряжения нулевой последовательности, адаптер 4 канала тока нулевой последовательности, микроконтроллер 5, клавиатуру 6, индикатор 7, модуль 8 электромагнитных реле, модуль 9 светодиодных индикаторов. Трансформатор 1 напряжения обеспечивает гальваническое разделение цепей устройства от силовых цепей электросети и понижение значения амплитуды напряжения нулевой последовательности до допустимого уровня. Представляет собой типовой маломощный малогабаритный понимающий трансформатор напряжения. Трансформатор 2 тока обеспечивает гальваническое разделение цепей устройства от силовых цепей электросети и преобразование тока нулевой последовательности в напряжение на нагрузочном сопротивлении. Представляет собой типовой маломощный малогабаритный измерительный трансформатор. Адаптеры 3 и 4 предназначены для преобразования амплитуды и формы напряжения нулевой последовательности и напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, до значений, соответствующих допустимым параметрам входов микроконтроллера 5. Представляют собой электронную схему на основе стандартных электронных компонентов - резисторов, конденсаторов, операционных усилителей. Микроконтроллер 5 представляет собой размещенные на одном кристалле программируемый микропроцессор и набор встроенных периферийных модулей, работающих под управлением микропроцессора, предназначен для осуществления, в соответствии с заложенным в его внутреннюю энергонезависимую память программ, алгоритмом: аналого-цифрового преобразования сигналов входных величин - от канала напряжения нулевой последовательности и от канала тока нулевой последовательности; математической обработки полученных оцифрованных значений входных величин; их хранения; логической обработки; выполнения операций сравнения с заданными уставками, приема посредством кнопочной клавиатуры 6 уставок и хранение их значений, управления внешними промежуточными электромагнитными реле 7, управления внешними светодиодными индикаторами 8, отображения информации на символьном экране 9.A variant of the device according to the proposed method is shown in Fig. 1. The device contains a zero sequence voltage transformer 1 3Uo, a zero sequence current transformer 2 3Io, an adapter 3 zero sequence voltage channels, an adapter 4 zero sequence current channels, a microcontroller 5, a keyboard 6, an indicator 7, a module 8 of electromagnetic relays, a module of 9 LED indicators ... Voltage transformer 1 provides galvanic separation of the device circuits from the power circuits of the mains and lowering the value of the zero sequence voltage amplitude to an acceptable level. It is a typical low-power small-sized voltage transformer. The current transformer 2 provides galvanic separation of the device circuits from the power circuits of the mains and the conversion of the zero sequence current into a voltage across the load resistance. It is a typical low-power small-sized instrument transformer. Adapters 3 and 4 are designed to convert the amplitude and shape of the zero sequence voltage and voltage proportional to the zero sequence current to values corresponding to the permissible parameters of the microcontroller 5 inputs. They are an electronic circuit based on standard electronic components - resistors, capacitors, operational amplifiers. Microcontroller 5 is a programmable microprocessor located on a single crystal and a set of built-in peripheral modules operating under the control of a microprocessor, designed to implement, in accordance with its internal non-volatile program memory, an algorithm: analog-to-digital conversion of input values signals - from the zero voltage channel sequence and from the zero sequence current channel; mathematical processing of the obtained digitized values of the input quantities; their storage; logical processing; performing comparison operations with the preset settings, receiving settings via the keypad 6 and storing their values, controlling external intermediate electromagnetic relays 7, controlling external LED indicators 8, displaying information on the character screen 9.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Напряжение нулевой последовательности через трансформатор 1 поступает на вход адаптера 3. Адаптер 3 осуществляет приведение параметров входного напряжения нулевой последовательности 3Uo к значениям, соответствующим техническим характеристикам входов микроконтроллера 5 как по допустимой амплитуде, так и по допустимой полярности. Адаптер 3 может смещать переменное напряжение в область только положительных значений, что соответствует входным характеристикам канала аналого-цифрового преобразователя значительной части серийно выпускаемых микроконтроллеров 5, например, массового контроллера STM32F103. Ток нулевой последовательности 3Io через трансформатор 2 тока поступает на свой адаптер 4, который осуществляет преобразование выходного тока вторичной обмотки трансформатора 2 тока в напряжение, усиливает его по амплитуде для увеличения чувствительности и может осуществлять смещение полученного переменного напряжения, пропорционального входному току, в область положительных значений. Кроме того, в адаптерах 3 и 4 осуществляется фильтрация переменного напряжения в наиболее оптимальном диапазоне частот. Выходное напряжение с адаптера 3 и адаптера 4 поступают на свой вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера 5. Входы аналого-цифровых преобразователя циклически осуществляют преобразование входного аналогового напряжения в цифровой многоразрядный код при каждом цикле преобразования. Так, разрядность аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера STM32F103 составляет 12 разрядов. Наиболее желательный режим работы входов аналого-цифрового преобразования - режим одновременного запуска преобразования. Этот режим так же реально реализовать на микроконтроллере, например микроконтроллер STM32F103 содержит два независимых 12 разрядных аналого-цифровых преобразователя, которые могут быть программной настройкой настроены на одновременный запуск. Такой вариант работы каналов аналого-цифрового преобразования обеспечивает более точное выполнение последующих математических вычислений. Частота циклического повторения аналого-цифрового преобразования входных сигналов может составлять от нескольких килогерц до нескольких десятков килогерц. Выбор частоты повторения аналого-цифрового преобразования определяется конкретными условиями, связанными, в основном, как с частотной полосой пропускания трансформатора 1 напряжения и трансформатора 2 тока. Полученные результаты аналого-цифрового преобразования сигналов сохраняются во внутренней оперативной памяти микроконтроллера 5. Микроконтроллер 5 осуществляет вычисление значения первой производной в отрезках напряжения 3Uo нулевой последовательности по времени в дискретном представлении значения 3Uo и дискретном времени для n-го циклического преобразования по соотношениюThe zero sequence voltage through the transformer 1 is fed to the input of the adapter 3. The adapter 3 converts the parameters of the input zero sequence voltage 3Uo to the values corresponding to the technical characteristics of the inputs of the microcontroller 5 in terms of both the permissible amplitude and the permissible polarity. Adapter 3 can shift the alternating voltage to the region of only positive values, which corresponds to the input characteristics of the analog-to-digital converter channel of a significant part of commercially available microcontrollers 5, for example, the STM32F103 mass controller. The zero sequence current 3Io through the current transformer 2 enters its adapter 4, which converts the output current of the secondary winding of the current transformer 2 into voltage, amplifies it in amplitude to increase sensitivity and can shift the resulting alternating voltage proportional to the input current into the region of positive values ... In addition, adapters 3 and 4 filter the AC voltage in the most optimal frequency range. The output voltage from the adapter 3 and the adapter 4 is fed to its input of the analog-to-digital converter of the microcontroller 5. The inputs of the analog-to-digital converter cyclically convert the input analog voltage into a digital multi-digit code at each conversion cycle. So, the bit capacity of the analog-to-digital converter of the STM32F103 microcontroller is 12 bits. The most desirable operating mode of the analog-to-digital conversion inputs is the simultaneous conversion trigger mode. This mode is also realizable on a microcontroller, for example, the STM32F103 microcontroller contains two independent 12-bit analog-to-digital converters, which can be configured by software to run simultaneously. This version of the operation of the analog-to-digital conversion channels provides a more accurate performance of subsequent mathematical calculations. The cyclic repetition rate of analog-to-digital conversion of input signals can range from several kilohertz to several tens of kilohertz. The choice of the repetition rate of the analog-to-digital conversion is determined by specific conditions associated mainly with the frequency bandwidth of the voltage transformer 1 and the current transformer 2. The obtained results of analog-to-digital conversion of signals are stored in the internal random access memory of the microcontroller 5. The microcontroller 5 calculates the value of the first derivative in the voltage segments 3Uo of the zero sequence in time in a discrete representation of the value 3Uo and discrete time for the n-th cyclic conversion according to the ratio

d3U(n)=(U2-U1)/ΔT,d3U (n) = (U 2 -U 1 ) / ΔT,

где: U1, U2 - результаты двух последовательных значения n-го цикла аналого-цифрового преобразования, ΔT - интервал времени между двумя последовательными аналого-цифровыми преобразованиями, равный периоду циклического повторения аналого-цифрового преобразования.where: U 1 , U 2 - the results of two consecutive values of the n-th cycle of analog-to-digital conversion, ΔT - the time interval between two successive analog-to-digital conversions, equal to the cyclic repetition period of the analog-to-digital conversion.

Полученный результат сохраняется в оперативной памяти микроконтроллера 5. Выполняется так же вычисление квадрата полученного результата, значение которого суммируется с предыдущим накопленным значением суммы квадратов и сохраняется в оперативной памяти микроконтроллера 5. После вычисления первой производной в отрезках напряжения нулевой последовательности микроконтроллер 5 выбирает из оперативной памяти дискретное значение тока нулевой последовательности, которое было получено j циклов назад, т.е. за несколько, а именно - за j, циклов до цикла n, по результатом которого рассчитывалось значение первой производной в отрезках, и осуществляет перемножение дискретного (цифрового) значения первой производной напряжения нулевой последовательности и дискретного (цифрового) значения тока нулевой последовательности. Полученный результат произведения суммируется с предыдущим аналогично полученным результатом и сохраняется в оперативной памяти микроконтроллера 5. Кроме того, микроконтроллер 5 осуществляет вычисление квадрата этого же дискретного (цифрового) значения тока нулевой последовательности, подсуммирует к предыдущей сумме квадратов значения тока нулевой последовательности и сохраняет в оперативной памяти. Указанные предварительные вычисления повторяются циклически до тех пор, пока не будет обработано N заданных циклов. Число N циклов задается при определении возможного характера замыкания конкретной электрической линии. Практически оно может иметь значение от единиц миллисекунд до нескольких десятков секунд. По завершении предварительной обработки микроконтроллер 5 осуществляет вычисление коэффициента взаимной корреляции в соответствии с соотношением (2). Вычисленное значение коэффициента взаимной корреляции может иметь значение в диапазоне от минус 1 до 1, что является удобным для задания уставки срабатывания защиты. При превышении вычисленным значением коэффициента взаимной корреляции заданной посредством клавиатуры 6 уставки микроконтроллер 5 формирует команду на включение соответствующего электромагнитного реле 8, при этом возможно отображение произведенных действий как с помощью индикатора 7, так и светодиодами 9. Введение в устройство программной возможности задания значения смещения (задержки) сигналов на j циклов представляет дополнительные возможности настройки защиты под конкретные условия защищаемой электрической сети.The obtained result is stored in the RAM of the microcontroller 5. The square of the obtained result is also calculated, the value of which is summed up with the previous accumulated value of the sum of squares and stored in the RAM of the microcontroller 5. After calculating the first derivative in the zero sequence voltage segments, the microcontroller 5 selects a discrete the value of the zero sequence current, which was received j cycles ago, i.e. for several, namely, j, cycles before cycle n, as a result of which the value of the first derivative in the segments was calculated, and multiplies the discrete (digital) value of the first derivative of the zero sequence voltage and the discrete (digital) value of the zero sequence current. The resulting product result is summed up with the previous one, similarly to the result obtained and stored in the RAM of the microcontroller 5. In addition, the microcontroller 5 calculates the square of the same discrete (digital) zero-sequence current value, sums up the zero-sequence current values to the previous sum of squares and stores in the RAM ... These preliminary calculations are repeated cyclically until N specified cycles have been processed. The number N of cycles is set when determining the possible nature of the closure of a particular electric line. In practice, it can have a value from a few milliseconds to several tens of seconds. Upon completion of preprocessing, the microcontroller 5 calculates the cross-correlation coefficient in accordance with the relationship (2). The calculated value of the cross-correlation coefficient can have a value in the range from minus 1 to 1, which is convenient for setting the protection operation setting. When the calculated value of the cross-correlation coefficient exceeds the setpoint specified by the keyboard 6, the microcontroller 5 generates a command to turn on the corresponding electromagnetic relay 8, while it is possible to display the actions performed both using the indicator 7 and LEDs 9. Introduction into the device of the software ability to set the offset value (delay ) signals for j cycles provides additional options for configuring protection for specific conditions of the protected electrical network.

Предлагаемый способ и вариант его реализации в устройстве защиты от замыкания на землю в электрической сети обеспечивает задание уставки срабатывания защиты в определенном и заранее известном интервале значений коэффициента взаимной корреляции, что существенно повышает надежность срабатывания защиты, а возможность задания уставки по значению задержки сигналов позволяет выбрать наиболее оптимальный в конкретных условиях вариант вычисления значения коэффициента взаимной корреляции.The proposed method and an option for its implementation in an earth fault protection device in an electrical network provides the setting of the protection operation setpoint in a certain and predetermined interval of values of the cross-correlation coefficient, which significantly increases the reliability of protection operation, and the ability to set the setpoint by the signal delay value allows you to choose the most the optimal variant of calculating the value of the cross-correlation coefficient under specific conditions.

Claims (7)

Способ защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети, состоящий в измерении мгновенных значений тока нулевой последовательности и скорости нарастания мгновенных значений напряжения нулевой последовательности переходного процесса в момент нарушения изоляции фазы сети на землю, вычислении интегральной величины, рассчитываемой в заданном интервале времени срабатывания защиты, и формировании управляющего воздействия на исполнительные органы защиты при превышении интегральной величиной заданного значения, отличающийся тем, что в качестве интегральной величины используют коэффициент взаимной корреляции мгновенных значений токов нулевой последовательности и скорости нарастания мгновенных значений напряжения нулевой последовательности, предварительно одновременно или с минимально возможной задержкой формируют N дискретных значений скорости изменения напряжения нулевой последовательности и сдвинутых на j отсчетов N дискретных значений тока нулевой последовательности, определяют коэффициент взаимной корреляции в соответствии с соотношениемA method of protection against a single-phase earth fault in an electrical network, consisting in measuring the instantaneous values of the zero sequence current and the rate of rise of the instantaneous values of the zero sequence voltage of the transient process at the moment of the network phase isolation failure to the ground, calculating the integral value calculated in the specified time interval of the protection operation, and the formation of a control action on the executive protection organs when the integral value of the preset value is exceeded, characterized in that the coefficient of mutual correlation of instantaneous values of zero sequence currents and the rate of rise of instantaneous values of zero sequence voltage is used as an integral value; N discrete values of the rate of change of the zero sequence voltage and N discrete values of the zero sequence current shifted by j samples, determine cross-correlation coefficient in accordance with the ratio
Figure 00000003
Figure 00000003
 гдеWhere d3Uo(n) = (U2-U1)/ΔТ - n-е дискретное значение производной по времени напряжения нулевой последовательности, U1, U2 - результаты двух последовательных значений напряжения нулевой последовательности n-го цикла формирования дискретных значений, ΔT - интервал времени между двумя последовательными моментами формирования дискретного значения;d3Uo (n) = (U 2 -U 1 ) / ΔТ is the n-th discrete value of the time derivative of the zero-sequence voltage, U 1 , U 2 are the results of two consecutive values of the zero-sequence voltage of the n-th cycle of generation of discrete values, ΔT is the time interval between two consecutive moments of the formation of a discrete value; 3Io(n-j) - (n-j)-е дискретное значение тока нулевой последовательности;3Io (n-j) - (n-j) -th discrete value of zero sequence current; N - число дискретных значений,N is the number of discrete values, сравнивают вычисленное значение коэффициента взаимной корреляции с заданным значением (уставкой) и принимают решение о формировании управляющего воздействия.the calculated value of the cross-correlation coefficient is compared with a given value (setpoint) and a decision is made on the formation of a control action.
RU2020118992A 2020-06-01 2020-06-01 Method of protection against single-phase earth faults RU2744995C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118992A RU2744995C1 (en) 2020-06-01 2020-06-01 Method of protection against single-phase earth faults

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118992A RU2744995C1 (en) 2020-06-01 2020-06-01 Method of protection against single-phase earth faults

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2744995C1 true RU2744995C1 (en) 2021-03-18

Family

ID=74874420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020118992A RU2744995C1 (en) 2020-06-01 2020-06-01 Method of protection against single-phase earth faults

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2744995C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113484673A (en) * 2021-06-29 2021-10-08 中国矿业大学 Single-phase arc grounding fault section positioning method based on zero-mode component similarity
CN114089100A (en) * 2021-11-11 2022-02-25 许昌许继软件技术有限公司 Phase current fault component correlation coefficient-based single-phase fault phase selection method
CN116027221A (en) * 2021-10-26 2023-04-28 本德尔有限两合公司 Method for identifying and locating periodic transient insulation faults of an ungrounded power system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU299908A1 (en) * В. М. Кискачи Всесоюзный научно исследовательский институт электроэнергетики METHOD OF DIRECTED PROTECTION AGAINST SINGLE-PHASE OUTLINES ON EARTH
EP0267500A1 (en) * 1986-11-10 1988-05-18 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for the location of an earth fault in a conductor in a three-phase electrical power system
RU2402131C1 (en) * 2009-08-03 2010-10-20 Александр Леонидович Куликов Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU299908A1 (en) * В. М. Кискачи Всесоюзный научно исследовательский институт электроэнергетики METHOD OF DIRECTED PROTECTION AGAINST SINGLE-PHASE OUTLINES ON EARTH
EP0267500A1 (en) * 1986-11-10 1988-05-18 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for the location of an earth fault in a conductor in a three-phase electrical power system
RU2402131C1 (en) * 2009-08-03 2010-10-20 Александр Леонидович Куликов Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks
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

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113484673A (en) * 2021-06-29 2021-10-08 中国矿业大学 Single-phase arc grounding fault section positioning method based on zero-mode component similarity
CN113484673B (en) * 2021-06-29 2022-07-22 中国矿业大学 Single-phase arc grounding fault section positioning method based on zero-mode component similarity
CN116027221A (en) * 2021-10-26 2023-04-28 本德尔有限两合公司 Method for identifying and locating periodic transient insulation faults of an ungrounded power system
EP4175095A1 (en) * 2021-10-26 2023-05-03 Bender GmbH & Co. KG Method and apparatus for detecting and locating short-term cyclic insulation faults in an unearthed power supply system
US11867718B2 (en) 2021-10-26 2024-01-09 Bender GmbH + Co. KG Method and device for identifying and locating cyclic momentary insulation faults in an underground power supply system
CN114089100A (en) * 2021-11-11 2022-02-25 许昌许继软件技术有限公司 Phase current fault component correlation coefficient-based single-phase fault phase selection method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2744995C1 (en) Method of protection against single-phase earth faults
US5602709A (en) High impedance fault detector
EP0708339B1 (en) Data collection and processing for digital AC power system monitor/analyzer
CN111812451B (en) Phase current transient fault component-based distributed line selection method for power distribution network
RU2402131C1 (en) Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks
EP2466320A2 (en) Measuring the electrical insulation resistance of a DC voltage source
CN109375120B (en) Method for monitoring alternating current flowing into direct current power supply system
CN102608499A (en) Low-current line selection device and control method for inhibiting unbalanced current by way of differential filtration
JP5618758B2 (en) Method and system for monitoring short-circuit capacity of power system
CN114397494A (en) Residual current fault detection method and system
CN103389444A (en) Switching type insulation monitoring error self-adapting method based on voltage prediction
RU2305292C1 (en) METHOD OF DETECTING FAULT IN 6( 10 )-35 kV ELECTRIC CIRCUIT WITH ISOLATED OR COMPENSATED NEUTRAL POINT
CN103197149A (en) Method of measuring electric parameters of geographic information system (GIS) conducting loop
JP2002345172A (en) Harmonic-monitoring system in power system
CN107632235B (en) Device and method for identifying fault line of low-resistance grounding system
CN104330742A (en) Method and device for suppressing series mode interference
CN111458626B (en) Circuit system signal analysis and processing method based on symbiotic multi-functional computation
CN111025187B (en) Ground fault early warning method, device and equipment and storage medium
Agarwal et al. Designing of Numerical Directional Overcurrent Relay
CN104852363B (en) A kind of transient state serial compensation capacitance voltage computational methods based on fault recorder data
Sham et al. Development of DSP based high speed numerical distance relay and its evaluation using hardware in loop power system simulator
RU2310211C1 (en) Method for search of element with reduced insulation resistance in parallel electric network of direct control current
CN118169553A (en) Device and method for diagnosing switching-on resistance state of high-voltage circuit breaker
RU88859U1 (en) DEVICE FOR CENTRALIZED PROTECTION AGAINST SINGLE PHASE CIRCUIT TO THE GROUND IN A NETWORK WITH ISOLATED NEUTRAL
JP2007306717A (en) Protection relay