SE469811B - Förfarande för fasval för enpolig utlösning av högimpediva jordfel i direktjordade kraftnät samt anordning för genomförande av det nämnda förfarandet - Google Patents

Description

469 811 2 en mångfald varianter, exempelvis så som i ASEA Information RK 556- 300 E, Nov 1974, Impedance Relay Type RXZF 2 och RK 556-301 E Feb 1979, Three phase impedance relay type RXZK. Dessa reläer aktiveras då en med uppmätta spänningar och strömmar beräknad impedans ligger inom ett för reläet specifikt operationsområde definierat i ett R-X- diagram. Metodiken härvidlag är något olika beroende på om felet är en- eller tvåfasigt. Fasval m m med hjälp av underimpedansskydd framgår också av "Schutztechnik in Elektroenergiesystemen", av H. Ungrad, W.

Winkler och A. Wiszniewski, Springer-Verlag, publicerad 1991, sida 117 och figur 6.22.

I US 4,864,453 beskrivs en metod för selektiv fasvalsbestärnning vid fel i distiibutionssystem med dubbla överföringsledningar mellan två stationer.

Metoden baseras på Fourierparameterskattning av fasströmmar och fas- spänningar. Med hjälp av dessa samt med signalemas residualer konstateras först om en abrupt händelse har ägt rum varefter man via logiska beslut dels kan konstatera om ett fel ligger mellan stationema och dels vilken respektive vilka faser som är felbehäftade.

Då ett fel uppträder i ett kraftnät resulterar detta oftast i att nätet blir osymmetriskt belastat. Metoder för fasvalsbestämning som baseras på användning av syrmnetriska komponenter har därför ofta kommit till användning. Det framgår bl a av GE Application and Setting Guide, 1977 avsnitt 4 att man utnyttjar förhållandet mellan minusföljdsström 12 och nollföljdsström IO för både enpoliga och trepoliga fasväljare. För enpoliga fasväljare jämförs fasläge för de symmetriska strömmama i varje fas och järnföraren tidsbegränsas för att tillåta utsignal för en koincidensperiod som motsvarar +/- 600. Nackdelen med att använda enpoliga fasväljare enligt denna princip är att vid tvåfasiga jordfel tenderar denna metod att som felfas välja den felfria fasen. Det är därför nödvändigt att ha en trepolig fasväljare som täcker varje tänkbart flerfasigt fel. I samma GE-publikation beskrivs också en trepolig fasväljare som använder samma utlösningsprincip som den enpoliga men där man dessutom anger ytterligare ett antal kriterier.

I en artikel "Progress in the Protection of Series-Compensated Lines and in the Detennination of Very High Earth-Fault Resistances" i Brown Boven' Rev. 2-81 sid 102-103 beskrivs också en fasväljare. För att välja rätt fas utgår man från nollföljdsströmmen I0 och minusföljdsspänningen U2 för den fas som är behäftad med ett jordfel. Eftersom fasläget för denna spänning approximativt är lika med fasläget hos noll- följdsspärmingen UO, erhålles funktion på samma sätt som med riktade jordfelsreläer. Genom att dessutom använda jordfelsrikmingsreläer som utgår från nollföljdskomponentema kan man bestämma om ett fel är ett jordfel eller ett fel mellan fasema. Om det är fråga om ett tvåfasigt 469 811 3 jordfel aktiveras distansreläets startreläer och man förhindrar med hjälp av en logisk krets att den felfria fasen utväljes.

I EP 0276181 beskrivs en fasvalsmetod som baseras på olika linjära samband mellan nämnda symmetriska komponenter. Anordningen består bl a av sex filter och tre faskomparatorer.

Som det kommer att framgå av följande redogörelse för uppfinningen kommer man också enligt uppfinningen att utgå från symmetriska komponenter. Till skillnad från de ovan nämnda förfarandena, där symmetriska komponenter framtagna med hjälp av konventionella RLC- filter har använts, kommer man dock att använda tidsdiskret numerisk teknik vid bestämningen. En sådan metod beskrivs i "Microprocessor- implemented digital filters for the calculation of symmetrical components" av A.J. Degens i IEE PROC. Vol. 129, Pt. C, No 3, May 1982 sida 111-118. Det framgår här hur de symrnetriska komponentema kan beskrivas som en fas-roterande operator, dvs med en viss amplitud och fasvinkel eller som en komplex storhet med real- och irnaginärdel.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Som det har framgått inledningsvis handlar föreliggande uppfmning om ett förfarande och en anordning för fasval för enpolig utlösning av högimpediva jordfel i direktjordade kraftnät. Man bearbetar kraftnätets fasströmmar och. fasspänningar i ett realtidssystem med samplade mätvärden och använder tidsdiskreta filter. Uppfinningen är baserad på användning av de symmetriska komponentema U1, U2 och I0, dvs de plus- och minusföljdsspänningar samt den nollföljdsström som uppstår i ett direktjordat kraftnät då ett fel uppträder. Plusföljdskomponenten Ul beräknas med hjälp av ett plusföljdsfilter och ortogonala viktnings- funktioner enligt nämnda beräkningsteknik och resultatet blir ett kontinuerligt uppdaterat komplext tal. Motsvarande beräkningsteknik används för att via ett minusföljdsfilter erhålla ett kontinuerligt uppdaterat komplext tal motsvarande minusfölj dsspänningen U2.

Enligt uppfinningen utgår man från förhållandet U2/I0 och för in ytterligare en bestämning genom att även utnyttja förhållandet U2/U 1.

Utvärderingsmetodiken av dessa förhållanden och villkorsbildningen för fasval skiljer sig väsentligt från känd teknik.

Uppfinningsideen går ut på att man ur förhållandet UZ/IO bildar en första komplex storhet Uz/Io = A +31: 469 en 4 och att man ur förhållandet UZ/U 1 bildar en andra komplex storhet UZ/Ul = D + jE Fasvalsvillkoren enligt uppfinningen baseras nu på utvärdering av olika kombinationer av A, B, D och E med utgångspunkt från ett första komplext plan för realdelen A och imaginärdelen B respektive ett andra komplext plan för realdelen D och imaginärdelen E. Fasvalsförfarandet innebär att man, efter det att ett feltillstånd har uppstått, enligt nedan angivna första kriterium utpekar en felaktig fas med hjälp av den första komplexa storheten och att om man därefter enligt nedan angivna andra kriterium utpekar samma fas som felaktig med hjälp av den andra komplexa storheten så har man fått ett tillräckligt bevis på att den utpekade fasen är den felaktiga.

Det första kriteriet utgöres av följande villkor som utpekar R-fasen som felaktig om A < k1B och B < 0 och utpekar S-fasen som felaktig om A < k2B och B > O och utpekar T-fasen som felaktig om A>k2B ochB>0 elleromA>k1B och B <0 där k1=-tan30Û ochk2=tan300.

Det andra kriteriet utgöres av följande villkor som utpekar R-fasen som felaktig om D< k3E och E>0 ellerom D och utpekar S-fasen som felaktig om D>k5E och E>0 eller om D>k4E och E<0 och utpekar T-fasen som felaktig om D>OochE>k5D elleromD<0ochE>k7D k3=-tan700, k4=-tan100, k5=tan500, k6=tan400, k7=-tan200 469 811 5 Efter det att båda dessa kriterier och villkor har indikerat fel i samma fas kan en enpolig utlösning av denna fas ske. Om jordfelet inte är ett enfasigt ' fel löser man ut trefasigt.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER En anordning för genomförande av det redovisade förfarandet för fasval vid jordfel i ett direktjordat kraftnät kan utformas på en mångfald olika sätt, t ex i form av enskilda separata filter, väljare m m utförda för digital bearbetning i tidsdiskret och numerisk form eller så som en i en microprocessor integrerad form. I båda fallen kan man urskilja de funktionella enheter som behövs för filtrering, väljarfunktioner och utlösninglogik m m. I bifogade figur redovisas därför en utföringsform i huvudsak uppbyggd som funktionella skilda enheter.

Omvandlingen av analoga uppmätta fasströmmar och fasspärmingar med hjälp avström- och spärmingsmättransformatorer till filtrerade samplade tidsdiskreta värden iR, is och iT samt uR, us och uT är i detta sammanhang att betrakta som konventionell och känd teknik och har därför utelärrmats.

Dessa omvandlade strömvärden tillföres nu ett IO-don 1 för kontinuerlig framtagning av ett komplext värde på nollföljdsströmmen och dessa omvandlade spänningsvärden tillföres ett Ul-U2-don 2 för kontinuerlig framtagning av komplexa värden på plusföljds- och minusföljds- spärmingama. I en första kvotbildare 3 bildas sedan kvoten U2/IO som en första komplex storhet med realdel A och imaginärdel B och i en andra kvotbildare 4 bildas kvoten U2/Ul som en andra komplex storhet med realdel D och imaginärdel E.

Som det har framgått av redogörelsen för uppfinningen krävs förutom att det skall finnas en nollföljdsström ett första och ett andra kriterium innehållande olika villkor beträffande de båda real- och imaginärdelarna för att en fas skall utpekas vara felbehäftad. För att R-fasen skall utpekas krävs enligt det första kriteriet att villkoren A < k1B och att B < 0 uppfylles. Konstaterandet av om dessa villkor uppfylls sker i ett utförande enligt figuren i ett jämförande organ Rl. För att R-fasen skall utväljas krävs dessutom enligt det andra kriteriet att något av villkoren D < k3E och E > O eller D < k4E och E < 0 uppfylles. Konstaterandet av om det första av dessa villkor uppfylles sker i ett jämförande organ R2 och konstaterandet av om det andra av dessa villkor uppfylles sker i ett jämförande organ R3. Via ett eller-element Re kan information om något av villkoren i R2 eller R3 är uppfyllda föras till ett och-element Ro till vilket även förs information från det jämförande organet Rl om detta villkor är uppfyllt och information om att det finns en nollföljdsström.

När båda R-fasens kriteriers villkor är uppfyllda samt då en 4 6 9 11 n O 6 nollföljdsström finns avges från Ro-elementet en signal om att ett fasval har skett som anger R-fasen som felaktig.

För att S-fasen skall utpekas krävs enligt det första kriteriet att villkoren ' A < kgB och att B > 0 uppfylles. Konstaterandet av om det första av dessa villkor uppfylles sker i ett jämförande organ S1. För att S-fasen skall utväljas krävs dessutom enligt det andra kriteriet att någon av villkoren D > k5E och E > 0 eller D > k4E och E < 0 uppfylles.

Konstaterandet av om det första av dessa villkor uppfylles sker i ett jämförande organ S2 och konstaterandet av om det andra av dessa villkor uppfylles sker i ett jämförande organ S3. Via ett eller-element Se kan information om något av villkoren i S2 eller S3 är uppfyllda föras till ett och-element So till vilket även förs information från det jämförande organet S1 om detta villkor är uppfyllt och information om att det fmns en nollföljdsström. När båda S-fasens kriteriers villkor är uppfyllda samt då en nollföljdsström finns avges från So-elementet en signal om att ett fasval har skett som anger S-fasen som felaktig.

För att T-fasen skall utpekas krävs enligt det första kriteriet att något av villkoren A < k2B och att B > 0 uppfylles eller att villkoren A < k1B och att B < O uppfylles. Konstaterandet av om det första av dessa villkor uppfylles sker i jämförande organ Tl och konstaterandet av om det andra av dessa villkor uppfylles sker i ett jämförande organ T2.

För att T-fasen skall utväljas krävs dessutom enligt det andra kriteriet att något av villkoren D > 0 och E > k5E eller D < 0 och E > k7E uppfylles. Konstaterandet av om det första av dessa villkor uppfylles sker i ett jämförande organ T3 och konstaterandet av om det andra av dessa villkor uppfylles sker i ett jämförande organ T4. Via ett eller-element TAe förs information om någon av villkoren i Tl eller T2 är uppfyllda till ett och-element To och via ett eller-element TDe förs infonnation om något av villkoren i T3 eller T4 är uppfyllda till samma och-element To till vilket även information om att det finns en nollföljdsström förs. När båda T-fasens kriteriers villkor är uppfyllda samt då en nollföljdsström fmns avges från To-elementet en signal om att ett fasval har skett som anger T-fasen som felaktig.

Värdet på konstantema k1 k7 har angetts under redogörelse för uppfinningen.

Claims (3)

1. 7 469 811 PATENTKRAV 1.Förfarande för fasval för enpolig utlösning av högimpediva jordfel i direktjordade krafmät som baseras på användning av filtrerade samplade tidsdiskreta värden iR, is och iT samt uR, us och uT av uppmätta fasströmmar och fasspänningar och där dessa värden utnyttjas för kontinuerlig framtagning av de symmetriska komponentema noll- följdsström I0 samt plus- och minusföljdsspänningar Ul, U2 som uttryckas som komplexa tal med en realdel och en imaginärdel, vilket förfarande k ä n n e t e c k n a s av att med hjälp av de symmetriska komponenterna bildas ett första förhållande U2/I0 som en första komplex storhet i form av en realdel A och en imaginärdel B och ett andra förhållande UZ/Ulsom en andra komplex storhet i form av en realdel D och en imaginärdel E U2/I0 = A + jB U2/U 1 = D + jE och då det finns en nollföljdsström bestämmes felaktig fas enligt ett första kriterium med villkor baserade på den första komplexa storheten och ett andra kriterium med villkor baserade på den andra komplexa storheten och då samma fas utpekas av både det första och det andra kriteriet som felaktig utlöses denna fas enpoligt.

2. Förfarande för fasval för enpolig utlösning av högimpediva jordfel i direktjordade kraftnät enligt patentkrav 1 och som k ä n n e t e c k n a s av att R-fasen utpekas som felaktig av villkoren enligt det första kriteriet om A < k1B och B < 0 och S-fasen utpekas som felaktig om A < k2B och B > 0 och T-fasen utpekas som felaktig om A>k2B ochB>0 elleromA>k1B och B <0 där k1 = -tan 300 och kg = tan 300 . och att R-fasen utpekas som felaktig av villkoren enligt det andra kriteriet om 469 811 3' D< k3E och E>0 ellerom D och S-fasen utpekas som felaktig om D>k5E och E>0 eller om D>k4E och E<0 och T-fasen utpekas som felaktig om D>0ochE>k6D e1leromD<0ochE>k7D k3 = -tan 700, k4 = -tan 100, k5= tan 500, kg = tan 4Û0= k7 = -tan 200.

3. Anordning för genomförande av förfarandet för fasval för enpolig utlösning av högimpediva jordfel i direktjordade kraftnät och som insignaler är anordnade samplade tidsdiskreta värden iR, is och iT samt uR, us och uT av uppmätta fasströmmar och fasspänningar och där dessa värden är anordnade för kontinuerlig framtagning av de symmetriska komponentema nollföljdsström I0 samt plus- och minusföljds-spänningar Ul, U2 uttryckta som komplexa tal med en realdel och en imaginärdel enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att en första kvotbildare (3) bildar kvoten U2/I0 som en första komplex storhet i form av en realdel A och en imaginärdel B och att en andra kvotbildare (4) bildar kvoten UZ/Ul som en andra komplex storhet i form av en realdel D och en imaginärdel E och att enpolig utlösning av R-fasen är anordnad att ske via jämförare (Rl, R2, R3), ett eller-element (Re) och ett och-element (Ro) om villkoren A < k1B och B < 0 och omD< kgE och E>0 ellerom D om det finns en nollföljdsström är uppfyllda och att enpolig utlösning av S-fasen är anordnad att ske via jämförare (S1, S2, S3) och ett eller-element (Se) och ett och-element (So) om villkoren A < kgB och B > 0 och omD>k5E och E>0 eller om D>k4E och E om det finns en nollföljdsström är uppfyllda och att enpolig utlösning av T-fasen är anordnad att ske via järnförare (TI, T2, T3, T4), eller-element (TAe, TDe) och ett och-element (To) om villkoren A > kgB och B > 0 eller om A > k1B och B < 0 och omD>0 ochE>k5D elleromD <0 ochE>k7D och om det finns en nollföljdsström är uppfyllda då k1 = -tan 300, kg = tan 300, k3 = -tan 700, k4 = -tan 100, k5 = tan 500, k6 = tan 400, k7 = -tan 200. 4»