RU2764003C1 - Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью - Google Patents

Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью Download PDF

Info

Publication number
RU2764003C1
RU2764003C1 RU2021117124A RU2021117124A RU2764003C1 RU 2764003 C1 RU2764003 C1 RU 2764003C1 RU 2021117124 A RU2021117124 A RU 2021117124A RU 2021117124 A RU2021117124 A RU 2021117124A RU 2764003 C1 RU2764003 C1 RU 2764003C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
characteristic
phase
intermittent
fault
Prior art date
Application number
RU2021117124A
Other languages
English (en)
Inventor
Мария Николаевна Кудряшова
Владислав Иванович Антонов
Владимир Александрович Наумов
Александр Вячеславович Солдатов
Николай Геннадьевич Иванов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА"
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 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА"
Priority to RU2021117124A priority Critical patent/RU2764003C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2764003C1 publication Critical patent/RU2764003C1/ru

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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите электрических сетей. Технический результат заключается в повышении надежности выявления дугового перемежающегося замыкания. Достигается тем, что входную электрическую величину каждой фазы преобразуют в контролируемый сигнал с заданной характеристикой и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульсного тока перемежающегося замыкания, и на его основе создают характеристический сигнал. Затем используется заданный порог сравнения для контроля уровня наибольшего из характеристических сигналов, при этом вводится дополнительный сигнал срабатывания при перемежающихся дуговых замыканиях, находящихся на грани перехода к устойчивому замыканию. 7 з.п. ф-лы, 15 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите электрических сетей с изолированной или компенсированной нейтралью.
Известен способ выполнения токовой защиты нулевой последовательности от однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ) (Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. – М.: Энергия, 1976; Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1998), согласно которому входные электрические величины преобразуют в контролируемый сигнал с помощью фильтра тока нулевой последовательности. Затем создают характеристический сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению контролируемого сигнала, сравнивают его с уставкой и, если он превосходит уставку, выдают сигнал на срабатывание защиты.
Недостатком способа является низкая эффективность функционирования при неустойчивых ОЗЗ. Связано это с тем, что импульсы при перемежающемся дуговом замыкании хоть и имеют большую амплитуду, но действуют кратковременно. Их длительность не превышает нескольких миллисекунд, в связи с чем их вклад в характеристический сигнал незначителен.
Известен способ направленной защиты от дуговых перемежающихся однофазных замыканий, реализованный в устройстве по патенту (EP2417467B1, опубл. 20.03.2013 г.). Согласно этому способу входные электрические величины в виде тока и напряжения преобразуют в контролируемые сигналы с помощью фильтров нулевой последовательности. На их основе создают характеристические сигналы, пропорциональные мгновенным значениям активной и реактивной мощностей. Возникновение перемежающегося дугового замыкания фиксируют, если контролируемый сигнал тока, а также и частота его возникновения за определенный промежуток времени превышают соответствующие уставки. Селективность защиты обеспечивается благодаря направленности способа, определяемой по знаку мощности: активной – в компенсированной сети, реактивной – в изолированной.
Способ имеет ограниченную область применения, поскольку в электрических сетях с изолированной или компенсированной нейтралью часто измерительные трансформаторы напряжения отсутствуют. Кроме того, способ обладает недостаточно высокой чувствительностью. Это связано с самим принципом выявления перемежающегося дугового замыкания, основанным так или иначе на измерении абсолютного значения импульсов в контролируемом сигнале, вызванных перемежающимся дуговым замыканием. Следовательно, для каждого режима электрической сети в защите должна быть предусмотрена соответствующая уставка.
Чувствительность к перемежающимся дуговым замыканиям повышена в способе, реализованном в устройствах по патентам (SU 221121 A1, опубл. 01.07.1968 г. и SU 501445 A1, опубл. 30.01.1976 г.). Повышение чувствительности в них достигается за счет использования принципа относительного измерения. Согласно способу входную электрическую величину каждой фазы преобразуют в контролируемый сигнал путем удаления из него составляющей основной гармоники. Поэтому контролируемый сигнал состоит их составляющих непромышленной частоты и высших гармоник при устойчивом металлическом замыкании на землю и дополнительно из импульсных токов при перемежающемся дуговом замыкании. Затем на основе контролируемых сигналов создают характеристический сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению. Выявляют наибольший из характеристических сигналов и формируют сигнал однофазного замыкания на землю, если наибольший из характеристических сигналов превышает остальные характеристические сигналы фаз.
Поскольку импульсы тока перемежающегося дугового замыкания имеют кратковременный характер, то их вклад в уровень характеристических сигналов будет незначительным. Поэтому способ все еще остается быть недостаточно чувствительным к перемежающимся дуговым замыканиям. Кроме того, характеристические сигналы всех фаз формируются в одинаковых схемах. Следовательно, наибольший из характеристических сигналов будет превышать остальные характеристические сигналы на всем протяжении паузы между импульсами тока перемежающегося дугового замыкания, формируя непрерывный сигнал однофазного замыкания. Именно это обстоятельство, в свою очередь, не позволяет разграничивать опасные и неопасные перемежающиеся дуговые замыкания, поскольку исключает паузу между пробоями изоляции и препятствует измерению периода между моментами возникновения дуги.
Этот способ является наиболее близким к заявленному изобретению и принят за прототип.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности выявления дугового перемежающегося замыкания в электрических сетях среднего напряжения с изолированной или компенсированной нейтралью.
Технический результат достигается тем, что в способе защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью, согласно которому входную электрическую величину каждой фазы преобразуют в контролируемый сигнал с заданной характеристикой и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульсного тока перемежающегося замыкания, и на его основе создают характеристический сигнал, формируют сигнал замыкания на землю, если наибольший из характеристических сигналов фаз преодолеет заданный порог сравнения, при этом на заданном промежутке времени определяют число и средний период появления упомянутого сигнала замыкания на землю и, если указанный средний период окажется меньше заданной уставки времени, формируют сигнал перемежающегося дугового замыкания на землю, введены новые операции, повышающие надежность защиты. Суть этих операций заключается в том, что дополнительно вводят порог шума, определяют пиковое значение суммы характеристических сигналов остальных фаз и, если оно выше порога шума, упомянутый порог сравнения задают пропорционально пиковому значению, иначе – равным порогу шума. Кроме того, измеряют длительность сигнала замыкания на землю и, если она превышает заданную уставку, создают дополнительный сигнал срабатывания защиты. При этом общий сигнал срабатывания защиты формируют путем объединения сигнала перемежающегося дугового замыкания на землю и дополнительного сигнала срабатывания защиты по схеме логического ИЛИ. Причем пиковое значение суммы характеристических сигналов остальных фаз выявляют с помощью уставочного пик-детектора, который подготавливают для выявления нового пикового значения каждый раз, когда сумма характеристических сигналов остальных фаз достигнет своего минимального значения или порога шума.
В следующем примере реализации способа в качестве входной электрической величины принимают фазный ток защищаемого объекта.
В третьем примере реализации способа в качестве входной электрической величины принимают дифференциальный ток фазы, полученный как разность токов фазы в начале и конце защищаемого объекта.
В четвертом примере реализации способа контролируемый сигнал формируют в виде затухающего колебания заданной частоты и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса тока перемежающегося замыкания во входной электрической величине.
В пятом примере реализации способа контролируемый сигнал формируют в виде прямоугольных импульсов заданной длительности и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса тока перемежающегося замыкания во входной электрической величине.
В шестом примере реализации способа характеристический сигнал каждой фазы создают пропорционально среднеквадратичному значению контролируемого сигнала одноименной фазы на заданном интервале времени.
В седьмом примере реализации способа характеристический сигнал фазы создают пропорционально амплитуде промежуточного сигнала, полученного путем преобразования контролируемого сигнала фильтром ортогональных составляющих.
В восьмом примере реализации способа характеристический сигнал фазы создают пропорционально амплитуде контролируемого сигнала, определенной путем его структурного анализа, причем в ходе структурного анализа настраивают адаптивный фильтр на полное подавление контролируемого сигнала, определяют корни его характеристического уравнения и, если среди корней характеристического уравнения присутствуют корни, согласованные с частотой контролируемого сигнала, то формируют по ним компонентную модель сигнала и оценивают амплитуду контролируемого сигнала.
На фиг. 1 показано распространение тока замыкания в установившемся режиме электрической сети при устойчивом однофазном замыкании на землю, а на фиг. 2 – распространение импульсных токов при перемежающемся дуговом замыкании на землю. Структурная схема, реализующая предлагаемый способ, изображена на фиг. 3. На фиг. 4 приведены осциллограммы входных сигналов, а на фиг. 5 – осциллограммы контролируемых сигналов защиты при перемежающихся дуговых замыканиях фазы А на землю. На фиг. 6 и 7 приведены амплитудно-частотная и импульсная характеристики аналогового фильтра, применяемого в блоках формирования контролируемых сигналов 1-3 для формирования сигналов с заданной характеристикой. На фиг. 8 показаны характеристические сигналы фаз, полученные путем преобразования контролируемых сигналов в блоках формирования характеристических сигналов 4-6. Фиг. 9 и 10 поясняют принцип формирования сигнала подготовки уставочного пик-детектора к выявлению нового пикового значения в режиме неопасных дуговых замыканий. Фиг. 11 иллюстрирует принцип формирования сигнала замыкания на землю trip. Фиг. 12 поясняет принцип формирования сигнала срабатывания защиты On по каналу подсчета числа появления сигнала замыкания на землю trip на заданном промежутке времени. Фиг. 13 иллюстрирует принцип выявления неопасных дуговых замыканий. Фиг. 14 поясняет принцип формирования сигнала срабатывания защиты On по каналу дополнительного сигнала срабатывания защиты. На фиг. 15 приведена импульсная характеристика пик-детектора, применяемого в блоках формирования контролируемых сигналов 1-3.
Поясним принятые на рисунках обозначения. Место установки защиты совпадает с местом измерения токов в защищаемом фидере (с местом установки трансформаторов тока на фиг. 1 и 2). На фиг. 1 показаны токи через емкости
Figure 00000001
 в установившемся режиме устойчивого однофазного замыкания на землю. Распределение импульсных токов разряда (токов переходного режима)
Figure 00000002
 в электрической сети при перемежающемся дуговом замыкании показано на фиг. 2. Схема фиг. 3 состоит из следующих блоков: блоков 1–3 формирования контролируемых сигналов
Figure 00000003
 фаз
Figure 00000004
, блоков 4–6 формирования характеристических сигналов
Figure 00000005
, максиселектора 7, в каждый k-ый момент выбирающего наибольшее значение
Figure 00000006
 из текущих значений характеристических сигналов
Figure 00000007
, сумматора 8, выполняющего операцию определения суммы характеристических сигналов остальных фаз
Figure 00000008
, схемы управления 9 со входом 10 для задания порога шума
Figure 00000009
, уставочного пик-детектора 11, предназначенного для определения пикового значения суммы характеристических сигналов остальных фаз и управляемого схемой 9 через синхронизирующий вход 12 сигналом подготовки start, максиселектора 13, формирующего порог сравнения
Figure 00000010
, компаратора 14, предназначенного для формирования сигнала замыкания на землю trip на интервалах времени, на которых наибольший из характеристических сигналов
Figure 00000011
 будет выше порога сравнения
Figure 00000012
, счетчика импульсов 15, формирующий сигнал перемежающегося дугового замыкания на землю при опасных перемежающихся замыканиях путем подсчета числа и среднего периода
Figure 00000013
 появления сигнала замыкания на землю trip на заданном промежутке времени
Figure 00000014
 (n – заданное число импульсов, T16 – уставка времени, задаваемая на входе 16), реле времени 17, формирующее дополнительный сигнал срабатывания защиты в режиме опасных перемежающихся дуговых замыканий с малыми интервалами между пробоями изоляции (режим, предшествующий полному устойчивому пробою изоляции – металлическому замыканию), cо входом 18 для задания уставки по времени срабатывания T18, элемента логической операции ИЛИ 19, формирующий общий сигнал срабатывания защиты On на выходе 20 путем объединения сигналов двух каналов: сигнала перемежающегося дугового замыкания на землю и дополнительного сигнала срабатывания защиты.
Фиг. 4 иллюстрирует входные электрические величины
Figure 00000015
 фаз
Figure 00000016
 соответственно при перемежающемся однофазном замыкании фазы А на землю. На фиг. 5 приведены контролируемые сигналы
Figure 00000017
 фаз
Figure 00000018
, полученные в результате преобразования входных электрических величин фиг. 4 с помощью аналогового фильтра с заданной импульсной характеристикой.
На фиг. 6 и 7 приведены амплитудно-частотная
Figure 00000019
 и импульсная
Figure 00000020
 характеристики аналогового фильтра, где
Figure 00000021
 Гц – резонансная частота фильтра.
На фиг. 8 показаны характеристические сигналы
Figure 00000022
 фаз
Figure 00000023
, которые созданы пропорционально среднеквадратичным значениям контрольных сигналов
Figure 00000024
 одноименным фазам соответственно.
На фиг. 9 и 10 приняты следующие обозначения: 21 и 22 – кривая сигнала суммы
Figure 00000025
 и сигнал его пикового значения, 23 – порог шума
Figure 00000026
, 24 – сигнал start на выходе управляющей схемы. Сигнал действует с момента достижения сигналом 21 или порога шума (точка D на фиг. 9), или своего минимума (точка С на фиг. 10) до момента выявления пикового значения (точка В) сигнала 21.
На фиг. 11 показаны: 25 – сигнал наибольшего
Figure 00000027
 из характеристических сигналов на выходе максиселектора 7, 26 – порог сравнения
Figure 00000028
, заданный пропорционально пиковому значению сигнала суммы
Figure 00000029
, определенному с помощью уставочного пик-детектора 11, 27 – сигнал замыкания на землю trip формируется компаратором 14, когда наибольший из характеристических сигналов
Figure 00000030
 преодолеет порог сравнения
Figure 00000031
 (точки E и G фиг.11) и снизится до него (точки F и H).
На фиг. 12-14 показаны: 27 – сигнал замыкания на землю trip с периодом возникновения замыканий
Figure 00000032
, 28 – общий сигнал срабатывания защиты On. На фигуре 14 показана работа способа в режиме создания дополнительного сигнала срабатывания защиты; момент наступления опасных замыканий, когда сигнал замыкания на землю 27 (trip) становится непрерывным, отмечен как
Figure 00000033
 (уставка 
Figure 00000034
 принята равной 400 мс).
На фиг. 15 приведена импульсная характеристика
Figure 00000035
 пик-детектора с возможностью сброса пикового значения через заданный промежуток времени
Figure 00000036
.
С целью пояснения сути изобретения рассмотрим особенности металлического и перемежающегося дугового замыканий на землю в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью. Для определенности за входную электрическую величину примем фазный ток.
При металлическом замыкании на землю после окончания быстропротекающего переходного процесса в месте измерения присутствует только синусоидальный ток установившегося режима. Этот ток будет состоять из двух составляющих: первая из них является током нагрузки, а вторая обусловлена током однофазного замыкания на землю. Ток однофазного замыкания на землю растекается по емкостям неповрежденных фаз фидеров (токи
Figure 00000037
) и возвращается через источник по поврежденной фазе от шины к месту повреждения (фиг. 1). Таким образом, в месте установки защиты на поврежденном фидере емкостной ток поврежденной фазы практически будет равен току замыкания. Например, в схеме фиг. 1, в месте установки защиты емкостный ток поврежденной фазы будет в 4 раза превосходить сумму токов других фаз. Это свойство будет характерно только для поврежденного фидера, и именно оно положено в основу принципа действия прототипа для выявления однофазного замыкания на землю и определения поврежденного фидера.
При перемежающемся дуговом замыкании ток замыкания вызван разрядом емкостей фидеров и носит кратковременный характер. Этот ток представляет собой значительный импульс, длительность которого, однако, не превышает нескольких миллисекунд (Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971; стр. 65). На месте установки защиты через поврежденный фидер протекает импульсный ток разряда емкостей всех фидеров, кроме емкости поврежденной фазы фидера. Например, в электрической сети, приведенной на фиг. 2, через поврежденную фазу защищаемого фидера протекает импульсный ток, амплитуда которого в 5 раз больше (
Figure 00000038
), чем амплитуды импульсных токов неповрежденных фаз (
Figure 00000039
). Значит, используемый в прототипе принцип выявления поврежденного фидера теоретически работает и в этом случае.
Однако при практической реализации прототипа, как уже говорилось ранее, возникает ряд обстоятельств, нивелирующих преимущества изложенного принципа выявления перемежающегося дугового замыкания на землю. Прежде всего, из-за кратковременности разряда емкостей вклад импульсов тока в уровень характеристических сигналов будет незначительным. Поэтому способ все еще остается быть недостаточно чувствительным к перемежающимся дуговым замыканиям. В то же время характеристические сигналы всех фаз формируются в одинаковых схемах. Следовательно, наибольший из характеристических сигналов, даже будучи незначительным, будет превышать остальные характеристические сигналы на всем протяжении паузы между импульсами тока перемежающегося дугового замыкания, формируя тем самым непрерывный сигнал замыкания на землю. Именно это обстоятельство, в свою очередь, не позволяет разграничивать опасные и неопасные перемежающиеся дуговые замыкания, поскольку исключает в характеристических сигналах паузу между пробоями изоляции и тем самым препятствует измерению периода между моментами возникновения дуги.
Для надежного выявления и разграничения опасных и неопасных перемежающихся дуговых замыканий на землю в предлагаемом способе дополнительно вводят порог шума. Он необходим для преодоления неопределенности при малых значениях контролируемых сигналов, возникающей либо при отсутствии перемежающихся дуговых замыканий, либо при редких (неопасных) замыканиях с периодом между повторными замыканиями больше 70 мс.
В предлагаемом способе входную электрическую величину
Figure 00000040
 каждой фазы
Figure 00000041
 преобразуют в контролируемый сигнал с заданной характеристикой и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульсного тока перемежающегося замыкания, и на его основе создают характеристический сигнал. Выявляют наибольший из характеристических сигналов, причем сигнал замыкания на землю формируют на интервалах времени, на которых наибольший из характеристических сигналов выше заданного порога сравнения. Сам порог сравнения задают пропорционально пиковому значению суммы характеристических сигналов остальных фаз, если оно выше порога шума, иначе – равным порогу шума. Реализация такого принципа формирования заданного порога сравнения позволяет исключить недостатки прототипа.
В этом случае сигнал замыкания на землю будет иметь прерывистый характер. Согласно способу определяют число и средний период появления упомянутого сигнала замыкания на землю, и если указанный средний период окажется меньше заданной уставки времени, то формируют сигнал перемежающегося дугового замыкания.
С ростом частоты возникновения перемежающегося дугового замыкания средний уровень характеристических сигналов растет, что приведет к ситуации, когда наибольший характеристический сигнал всегда будет выше заданного порога сравнения, и сигнал замыкания на землю станет непрерывным. В этом случае формируют дополнительный сигнал срабатывания защиты по условию превышения длительности сигнала замыкания на землю заданной уставки.
Рассмотрим работу предлагаемого способа при реализации его по схеме фиг. 3.
В защите фидера входной электрической величиной является фазный ток защищаемого объекта
Figure 00000042
 (1)
а в защите генератора или электродвигателя – дифференциальный ток фазы
Figure 00000043
 (2)
где
Figure 00000044
 и
Figure 00000045
 – токи в начале и конце защищаемого объекта.
Входная электрическая величина
Figure 00000046
 каждой фазы
Figure 00000047
 (фиг.4) преобразуется в контролируемый сигнал
Figure 00000048
 (фиг. 5) в блоках 1–3. Главное предназначение этого преобразования заключается в выделении импульса, ассоциированного с током перемежающегося дугового замыкания, и в представлении его в виде эталонного сигнала. Для этого можно использовать, например, способ по патенту RU2716235C1 (опубликовано 10.03.2020).
Формирование контролируемого сигнала
Figure 00000049
 в упомянутом способе осуществляется путем выделения составляющей переходного процесса во входном сигнале защиты с помощью селективного аналогового преобразователя и последующего преобразования её в контролируемый сигнал эталонным аналоговым преобразователем, формирующим сигнал с заданными характеристическими параметрами. В одной из реализации способа эталонным аналоговым преобразователем является аналоговый фильтр с заданной импульсной характеристикой, а в другой реализации – пик-детектор с возможностью сброса выходного сигнала через заданный интервал времени.
Далее будем рассматривать реализацию изобретения, когда блоки 1-3 выполнены в виде аналогового фильтра с заданной импульсной характеристикой (с заданной АЧХ) (фиг. 6 и 7). Эти блоки, заграждая основную гармонику, формируют контролируемый сигнал
Figure 00000050
 в виде затухающего колебания заданной частоты
Figure 00000051
 и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса тока перемежающегося замыкания во входной электрической величине.
В блоках 4-6 контролируемый сигнал
Figure 00000052
 преобразуется в цифровой характеристический сигнал
Figure 00000053
 (фиг. 8), пропорционально его, например, среднеквадратическому значению на заданном интервале времени (на заданном числе отсчетов N)
Figure 00000054
 (3)
где
Figure 00000055
 – отсчеты контролируемого сигнала
Figure 00000056
 после АЦП. Интервал усреднения удобно принимать равным периоду колебаний контролируемого сигнала
Figure 00000057
.
Далее с помощью максиселектора 7 выявляют наибольший из отсчетов характеристических сигналов
Figure 00000058
Figure 00000059
 , (4)
Как уже отмечалось ранее, импульсный ток поврежденной фазы превышает импульсный ток неповрежденной фазы как минимум 2 раза. Поскольку контролируемые сигналы
Figure 00000060
 представляют собой затухающие колебания с амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульсного тока соответствующей фазы, то указанное свойство токов проявляется также и в свойстве характеристических сигналов одноименных фаз. Поэтому характеристический сигнал поврежденной фазы также будет превосходить характеристические сигналы неповрежденных фаз как минимум 2 раза. Собственно, это свойство и используется для выявления признака замыкания на землю.
Однако указанное свойство характеристических сигналов сохраняется теоретически на всем протяжении интервала времени между импульсами тока независимо от уровня характеристического сигнала. Это обстоятельство не позволяет разграничивать режимы опасных и неопасных перемежающихся дуговых замыканий без учета уровней самих характеристических сигналов. Поэтому наибольший характеристический сигнал
Figure 00000061
 сравнивают с заданным порогом сравнения
Figure 00000062
, формируемым максиселектором 13, при превышении которого формируют сигнал замыкания на землю trip.
Поясним принцип формирования порога сравнения
Figure 00000063
. Для этого сначала определяют сумму характеристических сигналов остальных фаз с сумматором 8 по формуле:
Figure 00000064
 , (5)
Затем с помощью максиселектора 13 формируют порог сравнения
Figure 00000065
 равным пиковому значению суммы характеристических сигналов остальных фаз
Figure 00000066
 (5), выявленному с помощью уставочного пик-детектора 11, если оно выше порога шума, иначе – равным порогу шума
Figure 00000067
.
Пик-детектор 11 управляется специальной схемой управления 9 со входом 10 для задания порога шума
Figure 00000068
. Причем его работа зависит от характера изменения сигнала
Figure 00000069
. Как видно, сигнал суммы 21 изменяется во времени пилообразно, при этом в режиме неопасных перемежающихся дуговых замыканий (фиг. 9) его минимальное значение в точке C оказывается ниже порога шума
Figure 00000070
 (прямая 23), а в режиме опасных (фиг. 10) – выше. Поэтому в схеме управления 9 фронт сигнала подготовки start (сигнал 24) уставочного пик-детектора 11 формируется по-разному.
В случае режима неопасных перемежающихся дуговых замыканий период появления импульсов тока довольно продолжителен, поэтому сигнал суммы 21 пересекает порог шума
Figure 00000071
 (прямая 23) в точке D, приводя к срабатыванию схемы управления 9 и формированию фронта сигнала start (фиг. 9, сигнал 24).
В режиме опасных перемежающихся дуговых замыканий упомянутый период уменьшается, и минимум сигнала суммы 21 (фиг. 10, точка C) находится уже выше порога шума
Figure 00000072
 (прямая 23). В этом случае схема управления 9 формирует фронт сигнала start (сигнал 24) по моменту наступления минимума сигнала суммы 21 (в точке C, фиг. 10).
Сброс сигнала подготовки пик-детектора start (кривая 24, фиг. 9 и 10) и выходной сигнал 22 уставочного пик-детектора 11 меняется каждый раз после определения нового пикового значения. Например, его предшествующее значение, определенное в точке А заменяется на новое пиковое значение в точке B (фиг. 9 и 10).
Сигнал адаптивной уставки
Figure 00000073
 (ломаная 26, фиг. 11) формируется максиселектором 13. Такой подход к формированию уставки
Figure 00000074
 позволяет способу адаптироваться под особенности электрической сети, автоматически учитывая конфигурацию и уровень токов замыкания в сети.
Сигнал замыкания на землю trip (фиг. 11, сигнал 27) формируется компаратором 13 каждый раз, когда наибольший из характеристических сигналов
Figure 00000075
 (кривая 25) преодолеет адаптивную уставку
Figure 00000076
 (ломаная 26). На фиг. 11 эти моменты отмечены точками E и G. Там же показаны точки возврата F и H компаратора 14.
Сигнал срабатывания защиты Оn 20 формируется по двум каналам, объединенным по схеме логического ИЛИ 19.
Первый канал формирует сигнал выявления перемежающегося дугового замыкания на землю с помощью счетчика 15 путем подсчета числа возникновения сигнала замыкания на землю trip на некотором отрезке времени, равном
Figure 00000077
, где n – внутренняя уставка счетчика импульсов 15. Канал срабатывает при опасных перемежающихся дуговых замыканиях, когда среднее значение периода импульсов тока замыкания TПДЗ меньше уставки T16, т.е. TПДЗ < T16. Этот случай показан на фиг. 12, в которой считается, что опасные перемежающиеся дуговые замыкания на землю имеют усредненный период
Figure 00000078
=70 мс, внутренняя уставка принята равной n=5. Сигнал срабатывания защиты On формируется в конце 5-го периода сигнала trip, как только устанавливается, что TПДЗ < T16. При неопасных перемежающихся дуговых замыканиях среднее значение периода импульсов тока замыкания TПДЗ будет больше уставки T16, т.е. TПДЗ > T16 (фиг. 13), и срабатывание защиты не происходит (On=0).
Второй канал формирует дополнительный сигнал срабатывания защиты с помощью реле времени 17 с уставкой
Figure 00000079
. Этот канал работает при высокой частоте появления перемежающихся дуговых замыканий, когда сигнал однофазного замыкания на землю trip не имеет пауз (фиг. 14), и первый канал теряет работоспособность. На фиг. 14 момент наступления опасных замыканий отмечен символом
Figure 00000080
, уставка
Figure 00000081
 принята равной 400 мс.
Далее рассмотрим реализации отдельных блоков структурной схемы, реализующей предлагаемый способ.
Цифровые характеристические сигналы
Figure 00000082
 фаз
Figure 00000083
 (блоки 4 – 6) могут быть определены иначе, чем описано выше. Характеристический сигнал фазы
Figure 00000084
 можно создать пропорционально амплитуде
Figure 00000085
 , (6)
промежуточного сигнала
Figure 00000086
 (7)
полученного путем преобразования цифрового контролируемого сигнала
Figure 00000087
 фильтром ортогональных составляющих, настроенным на резонансную частоту
Figure 00000088
 аналогового фильтра (фиг. 6). Здесь
Figure 00000089
 и
Figure 00000090
 – косинусная и синусная ортогональные составляющие промежуточного сигнала
Figure 00000091
,
Figure 00000092
 – период дискретизации.
В следующей реализации цифровой характеристический сигнал фазы
Figure 00000093
 создают пропорционально амплитуде контролируемого сигнала, определенной путем адаптивного структурного анализа. Для этого используют адаптивный нерекурсивный фильтр
Figure 00000094
 (8)
настраиваемый на полное подавление контролируемого сигнала
Figure 00000095
. (Антонов В.И. Адаптивный структурный анализ электрических сигналов: теория и ее приложения в интеллектуальной электроэнергетике. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та. 2018. 334 с.).
Затем определяют корни
Figure 00000096
 характеристического уравнения фильтра (8)
Figure 00000097
 , (9)
Если среди корней характеристического уравнения присутствуют корни, ассоциированные с резонансной частотой упомянутого аналогового фильтра –
Figure 00000098
 и
Figure 00000099
, то по ним формируют компонентную модель контролируемого сигнала
Figure 00000100
 , (10)
Амплитуду контролируемого сигнала определяют следующим образом:
Figure 00000101
 , (11)
В другой реализации изобретения контролируемый сигнал
Figure 00000102
 формируют в виде прямоугольных импульсов заданной длительности 
Figure 00000103
 и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса перемежающегося замыкания. В блоках 1 – 3 (фиг. 3) это реализуется с помощью пик-детектора с возможностью сброса выходного сигнала через заданный интервал времени (импульсная характеристика такого пик-детектора приведена на фиг. 15). Далее контролируемый сигнал
Figure 00000104
 преобразуется в цифровой характеристический сигнал
Figure 00000105
 в блоках 4 – 6 так же по формуле (3), как и в предыдущей реализации. При этом учитывается, что интервал усреднения удобно принимать равным длительности импульсов
Figure 00000106
.
С целью разграничения опасных и неопасных перемежающихся дуговых замыканий необходимо выбирать длительность импульсной характеристики пик-детектора
Figure 00000107
 таким образом, чтобы при неопасных замыканиях уровень контролируемого сигнала
Figure 00000108
 успевал понизиться до минимального порога, т.е. до появления следующего импульса тока замыкания.
Остальные сигналы защиты формируются так же, как описано выше.
Таким образом, благодаря использованию заданного порога сравнения для контроля уровня наибольшего из характеристических сигналов, а также введению в защиту дополнительного сигнала срабатывания при перемежающихся дуговых замыканиях, находящихся на грани перехода к устойчивому замыканию, повышается надежность выявления и разграничения опасных и неопасных перемежающихся дуговых замыканий на землю цифровыми устройствами релейной защиты в электрических сетях среднего напряжения с изолированной или компенсированной нейтралью.

Claims (8)

1. Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью, согласно которому входную электрическую величину каждой фазы преобразуют в контролируемый сигнал с заданной характеристикой и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульсного тока перемежающегося замыкания, и на его основе создают характеристический сигнал, формируют сигнал замыкания на землю, если наибольший из характеристических сигналов фаз преодолеет заданный порог сравнения, при этом на заданном промежутке времени определяют число и средний период появления упомянутого сигнала замыкания на землю и, если указанный средний период окажется меньше заданной уставки времени, формируют сигнал перемежающегося дугового замыкания на землю, отличающийся тем, что дополнительно вводят порог шума, определяют пиковое значение суммы характеристических сигналов остальных фаз и, если оно выше порога шума, упомянутый порог сравнения задают пропорционально пиковому значению, иначе – равным порогу шума, кроме того, измеряют длительность сигнала замыкания на землю и, если она превышает заданную уставку, создают дополнительный сигнал срабатывания защиты, при этом общий сигнал срабатывания защиты формируют путем объединения сигнала перемежающегося дугового замыкания на землю и дополнительного сигнала срабатывания защиты по схеме логического ИЛИ, причем пиковое значение суммы характеристических сигналов остальных фаз выявляют с помощью уставочного пик-детектора, который подготавливают для выявления нового пикового значения каждый раз, когда сумма характеристических сигналов остальных фаз достигает своего минимального значения или порога шума.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве входной электрической величины принимают фазный ток защищаемого объекта.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве входной электрической величины принимают дифференциальный ток фазы, полученный как разность токов фазы в начале и конце защищаемого объекта.
4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что контролируемый сигнал формируют в виде затухающего колебания заданной частоты и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса тока перемежающегося замыкания во входной электрической величине.
5. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что контролируемый сигнал формируют в виде прямоугольных импульсов заданной длительности и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса тока перемежающегося замыкания во входной электрической величине.
6. Способ по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что характеристический сигнал каждой фазы создают пропорционально среднеквадратичному значению контролируемого сигнала одноименной фазы на заданном интервале времени.
7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что характеристический сигнал фазы создают пропорционально амплитуде промежуточного сигнала, полученного путем преобразования контролируемого сигнала фильтром ортогональных составляющих.
8. Способ по п. 4, отличающийся тем, что характеристический сигнал фазы создают пропорционально амплитуде контролируемого сигнала, определенной путем его структурного анализа, причем в ходе структурного анализа настраивают адаптивный фильтр на полное подавление контролируемого сигнала, определяют корни его характеристического уравнения и, если среди корней характеристического уравнения присутствуют корни, согласованные с частотой контролируемого сигнала, то формируют по ним компонентную модель сигнала и оценивают амплитуду контролируемого сигнала.
RU2021117124A 2021-06-11 2021-06-11 Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью RU2764003C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021117124A RU2764003C1 (ru) 2021-06-11 2021-06-11 Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021117124A RU2764003C1 (ru) 2021-06-11 2021-06-11 Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2764003C1 true RU2764003C1 (ru) 2022-01-12

Family

ID=80040248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021117124A RU2764003C1 (ru) 2021-06-11 2021-06-11 Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2764003C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU501445A1 (ru) * 1973-12-10 1976-01-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электроэнергетики Способ защиты генератора от однофазных замыканий
CN101673934A (zh) * 2009-10-15 2010-03-17 王聪 串联电弧故障断路器及其串联电弧故障保护的方法
US7864492B2 (en) * 2006-10-31 2011-01-04 Siemens Industry, Inc. Systems and methods for arc fault detection
RU2481687C1 (ru) * 2012-04-12 2013-05-10 Станислав Иванович Головко Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU501445A1 (ru) * 1973-12-10 1976-01-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электроэнергетики Способ защиты генератора от однофазных замыканий
US7864492B2 (en) * 2006-10-31 2011-01-04 Siemens Industry, Inc. Systems and methods for arc fault detection
CN101673934A (zh) * 2009-10-15 2010-03-17 王聪 串联电弧故障断路器及其串联电弧故障保护的方法
RU2481687C1 (ru) * 2012-04-12 2013-05-10 Станислав Иванович Головко Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bo et al. Accurate fault location technique for distribution system using fault-generated high-frequency transient voltage signals
CA2702210C (en) Transformer through-fault current monitor
KR101535950B1 (ko) 펄스 카운트를 이용한 접촉 불량 검출 장치
Ciobotaru et al. Line impedance estimation using model based identification technique
US11879927B2 (en) Triggered vacuum gap fault detection methods and devices
CN101916989B (zh) 电力系统二次连续采样值有效性判别方法
KR20120036804A (ko) 3?상 중간 전압 전력 분배 시스템에서의 과도 및 간헐 접지 고장 검출 및 방향 판정 방법 및 시스템
US4470091A (en) Productive relay apparatus for protection from sub-synchronous current oscillations in a power system
RU2744995C1 (ru) Способ защиты от однофазных замыканий на землю
EP2466710A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren eines Störlichtbogenereignisses in einem Wechselspannungsnetz
Dambhare et al. Current differential protection of transmission line using the moving window averaging technique
EP3780061A1 (en) Earth leakage circuit breaker
CN204886664U (zh) 一种变频器检测装置
RU2764003C1 (ru) Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью
JP2019062730A (ja) 電力網における動揺の検出および評価のためのシステムおよび方法
RU2682240C2 (ru) Обнаружение короткого замыкания, в частности неустойчивого короткого замыкания, в электрической сети
KR101527366B1 (ko) 접촉 불량에 의한 아크 검출 회로
Kumar et al. Power quality monitoring using pmu
US4106071A (en) Apparatus for protection against subsynchronous currents in a power system
GB1599131A (en) Apparatus for detecting subsynchronous current in power systems
RU2504883C2 (ru) Автомат защиты от тока неисправности
KR101691399B1 (ko) 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치
RU2660285C1 (ru) Устройство защиты от искрения и способ его работы
Liu et al. ROCOF protection in distributed system with noise and non-linear load
RU2716235C1 (ru) Способ формирования контролируемого сигнала для цифровой защиты от замыканий на землю при перемежающемся дуговом замыкании