SE470295B - Förfarande och anordning för att förhindra understabilisering av längsdifferentialskydd vid yttre fel och strömtransformatormättning - Google Patents

Description

470 295 2 TEKNIKEN S STÅNDPUNKT, PROBLEMET Stabiliseringsåtgärdema för längsdifferentialskydd för olika felfall har beskrivits i ett stort antal patentskrifter m m. En relativt väl täckande beskrivning av teknikens ståndpunkt ges i patentansökan SE 9200406-8.

Det framgår här bl a att kända problem i samband med differentialskydd är att de uppvisar brister vad gäller stabilitet vid yttre fel och vid nät med stor kortslutningseffekt. Dessutom är det så att falska skillnadsströmmar kan uppstå vid yttre fel på grund av att någon av strömtransformatorema går i mättning. Strömtransforrnatormättning kan dock detekteras enligt flera kända metoder, se bl a SE 9100917-5. lnfonnation om att mättning har inträffat kan användas för Stabilisering av ett differentialskydd vilket dock innebär en viss risk för både överstabilisering vid inre fel och understabilisering vid yttre fel.

Differentialskydd är ofta uppbyggda så att man kan särskilja två olika kretsar, nämligen en differentialkrets och en stabiliseringskrets. Skyddet fungerar så att den skillnadsström, ID, som vid ett inre fel uppstår mellan in- och utgående strömmar kan separeras med hjälp av differentialkretsen.

Den ström som användes för att stabilisera skyddet, IS, emanerar på något sätt från stabiliseringskretsen och den kan vara olika för olika skydd beroende dels på vad man främst vill stabilisera mot, dels på använd teknik och utformning av skyddet i övrigt. Exempelvis kan stabiliseringsströmmen vara en via strömtransformator avspegling av inkommande ström, för samlingsskenor t ex summan av avspeglade inkommande strömmar, någon av dess komponenter eller liknande.

Ett differentialskydds funktionskarakteristik utgör en grafisk representation av differentialströmmen som funktion av stabiliseringsström, stabiliseringsgrad S och en funktionsmarginal K vilket ofta uttrycks som ID = S-IS+K För att förhindra funktion hos längsdifferentialskyddet då mättning inträffar och då mättning detekterats ändras stabiliseringsgraden till ett högre värde så att det behövs en högre differentialström för att erhålla funktion.

Denna metod har sina brister, i synnerhet om det endast är en av strömtransformatorema som har gått i mättning. Detta beror på att man i ett sådant fall kan få en stor uppmätt differentialström som kan överstiga nivån för stabilisering enligt den funktionskarakteristik som erhålles vid 3 470 295 mättad transformator. Man har därvid en situation med understabilisering av längsdifferentialskyddet.

Ett problem som uppstår i detta sammanhang är att åstadkomma en lärnplig stabiliseringssignal. Man kan visserligen på olika sätt konstatera om en strömtransformator har gått i mättning. Men för att åstadkomma en optimal Stabilisering, dvs vare sig en över- eller understabilisering av längsdifferentialskyddet vid ett externt fel som innebär ström- transforrnatorrnättning, skulle man vilja ha en signal som på något sätt är kopplad till mättnings graden.

Ett sätt att få en relevant signal redovisas i patentansökan SE 9200011-6 där man med hjälp av tidsdiskreta mätningar av en strömtransformators sekundärström via en signalrnodell och en strömtransformatormodell rekonstruerar både primär- och sekundärström vid mättning. Denna lösning kräver dock tillgång till en dator med mycket hög beräkningskapacitet.

Genom en påbyggnad enligt uppfinningen av den beskrivna teknikens ståndpunkt kan man dock med relativt enkla medel åstadkomma en väsentlig reduktion av risken för understabilisering vid ström- transformatonnättning.

För att kunna redovisa uppfinningen behövs en något mera detaljerad beskrivning av teknikens ståndpunkt än den summariska beskrivningen enligt ovan där det sägs att vid indikerad mättning sker en höjning av stabiliseringsgraden. Teknikens ståndpunkt kommer därför nu att beskrivas med utgångspunkt från figur 1.

Till ett differentialskydd hör ett antal, n, terminaler med strömmätning i varje fas. För att förenkla framställningen redovisas i figur 1 enbart en strömtransformator Cl, CZ Cn från varje terminal. Ström- transformatorernas mätvärden omvandlas till samplade digitala värden i A/D-omvandlama l, 2 och 3. Via Fourierfilter FFl, FF2 och FFnimed hänvisningssiffror 4, 5 och 6 erhålles grundtonen hos var och en av de uppmätta strömmama som en strömvektor karakteriserad av en amplitud och en fasvinkel, dvs som Al och (pl, A2 och detta sätt erhållna amplitudema kommer i fortsättningen att omtalas som "fourieramplituder". Eftersom det kan vara en icke oväsentlig geografisk spridning mellan placeringen av strömtransformatorerna behövs i regel en synkronisering av de uppmätta fasvinklama vilket sker med hjälp av en global klocka 7. Synkroniseringen sker med beloppen Arpl, A via synkroniseringsenhetema 8, 9 och 10. De på detta sätt justerade fasvinklarna (pl l, cp21 och cpnl tillföres tillsammans med fourieramplituderna samt aktuell stabilseringsgrad till en beslutsenhet ll.

Denna innefattar de tidigare nämnda kretsarna för framtagning av 470 295 4 differential- och stabiliseringsström samt bestämmer aktuell funktions- karakteristik beroende på om mättning föreligger hos någon strömtransformator eller ej. Infonnation om detta erhålles via någon av mättningsdetektorerna MCl, MC2 eller MCn med hänvisningssiffror 12, 13 eller 14. Om någon av dessa signalerar mättning kopplas via ett eller- element 15 stabiliseringsgraden med hjälp av ett kontaktsystem 16 om från den lägre stabiliseringsgraden S1 till den högre stabiliseringsgraden S2. Då funktionskarakteristikens gränser överskrids aktiveras via kontakten 36 nödvändiga skyddsåtgärder.

De amplitudvärden som erhålles via fourierfiltreringen representerar som omtalat grundtonens amplitud, dvs de är befriade från eventuellt överlagrade övertoner, likströmskomponenter och annat brus. Det är vanligt i dessa sammanhang att fourierfiltreringen baseras på ett tjugotal sampel per period.

Det finns också andra metoder för amplitudbestämning av de uppmätta strömmama. En sådan metod går ut på att ta reda på toppvärdet med hjälp av två på varandra följande sampelvärden för varje period. En sådan metod omtalas bl a i "High-speed distance Relaying using a digital computer, Part 1- System Description", IEEE Trans on Power Apparatus and Systems, Vol-91, No 3, May/June1972, pp1235-1243 av G.B.

Gilchrest, G. D. Rockefeller och E. A. Udren. De toppvärden som erhålles på detta sätt under normala förhållanden, dvs före det att en eventuell mättning inträffar, är relevanta mätvärden som motsvarar fourieramplituderna. Då det vid mättning eller andra tillstånd uppträder övertoner, likströmskomponenter m m kommer dock toppvärden bestämda med denna metod att påverkas.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN, FÖRDELAR Uppfinningen utgör som redan omtalat ett förfarande och en anordning i form av en påbyggnad av teknikens ståndpunkt vad beträffar Stabilisering av längsdifferentialskydd vid strömtransformatormättning. Påbyggnaden innefattar bl a att då mättning har indikerats hos någon av de i skyddet ingående strömtransformatorema, under vissa förutsättningar vad beträffar uppmätta amplitudvärden, utföres en korrigering av de via Fourierñltren framtagna strömvektoremas amplitud och fasvinkel. De på detta sätt korrigerade värdena tillföres kretsama för bestämning av aktuella differential- och stabiliseringsströmmar. Därvid kommer även funktionskarakteristiken att korrigeras. Oberoende av om de antydda förutsättningama uppfylles eller ej kommer som vid teknikens ståndpunkt vid strömtransformatormättning en högre stabiliseringsgrad att inkopplas. 5 " 470 295 Enligt uppfinningen sker förutom amplitudbestämning via Fourierfiltren en parallell arnplitudbestämning m hj a den ovan beskrivna metoden där man tar reda på toppvärdet med hjälp av två på varandra följande sampelvärden för varje period. Via hållkretsar lagras konsekutivt de senast bestämda toppvärdena, hädanefter kallade "hållamplituder". Dessa värden jämförs med respektive fourieramplituder. Om ett hållvärde är något större än motsvarande fourieramplitud och om samtidigt mättning har detekterats utförs den ovan nämnda korrigeringen av den eller de berörda strömvektoremas amplitud och fasläge.

Denna påbyggnad, dvs den korrigering som enligt uppfinningen sker av amplitud och fasvinkel hos strömvektom erhållen via Fourierfiltren, innebär ett enkelt sätt att väsentligt reducera den tidigare omtalade risken för understabilisering vid strömtransforrnatormättning vid yttre fel. Detta kan förklaras på följande sätt: På grund av den teknik som används för att få fram fourieramplituden kan, beroende på var i perioden en mättning inträffar, fourieramplituden ha ett relativt lågt värde även om mättning detekterats. För att i ett sådant fall undvika understabilisering korrigeras strömvektom genom att. fourieramplituden ges ett högre värde och fasvinkeln reduceras till ett lägre värde. Därigenom kommer även funktionskarakteristiken att höjas samtidigt som även stabiliseringsgraden höjs tack vare detekteringen av mättning. Beslut om denna korrigering skall utföras grundar sig på, förutom att mättning skall ha detekterats, hållamplitudens storlek i förhållande till fourieramplituden. Om hållamplituden är större än fourierarnplituden multiplicerat med en första konstant är detta entydigt med att fourieramplituden har ett relativt lågt värde och då skall korrigering av strömvektoms amplitud och fasvinkel ske. Om motsatsen gäller behövs ingen korrigering av amplitud och fasvinkel även om mättning har detekterats. Det räcker i detta fall med att stabiliseringsgraden höjs.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER En utföringsforrn av en anordning enligt uppfinningen för att förhindra understabilisering av längsdifferentialskydd vid yttre fel och ström- transformatormättning framgår av figur 2. Eftersom uppfinningen utgör en påbyggnad av teknikens ståndpunkt vad gäller stabilisering av längsdifferentialskydd vid mättning av strömtransforrnatorer innefattar anordningen och figur 2 vissa delar från figur l vilka har beskrivits i samband med redovisningen av denna figur.

De gemensamt med i figur 1 visade delarna utgöres av ström- transfonnatorema Cl, CZ och Cn, Fourierfiltren 4, 5 och 6, den globala klockan 7 för synkronisering, synkroniseringsenhetema 8, 9 och 10, beslutsenheten ll, innefattande bl a kretsarna för framtagning av 478 295 6 differential- och stabiliseringsström, mättningsdetektorer 12, 13 och 14, ett eller-element 15 samt kontaktsystemet 16 för omkoppling av stabiliseringsgraden S.

Påbyggnaden innebär att en anordning enligt uppfinningen förutom ovan nämnda delar innefattar toppvärdesbildare Tl, T2 och Tn med hänvisningssiffror 17, 18 och 19 för bestämning av strömmarnas toppvärden med hjälp av två på varandra följande sampel. Utsignalema härifrån anges som All, A21 och Anl. Via hållkretsar H1, H2 och Hn med hänvisningssiffror 20, 21 och 22 lagras de senast bestämda toppvärdena, vilka enligt ovan kallas hållamplituder och som anges med A11H, A21H och AnlH. Hållamplituderna tillföres tillsammans med motsvarande fourieramplitudervar sin jämförare 23, 24 och 25 för att ta ställning till olikhetema AllH > a-Al, A21H > a-A2 och AnlH > a-An där "a" är en första konstant större än 1. Om nu någon eller några av olikhetema är sann(a) innebär detta att en ändring har skett vad beträffar förhållandena mellan hållamplitudema och fourieramplitudema. Om nu dessutom mättning detekterats kan man, som omtalat under redogörelsen för uppfinningen, dra den slutsatsen att fourieramplituden har ett relativt lågt värde när mättning har detekterats. Detta innebär då att båda kriteriema för korrigering av fourieramplitudema Al, A2 och An och fasvinklama (pl 1, (921 och (pnl är infriade och via och-elementen 26, 27 och 28 kan korrigeringen initieras. Korrigeringen innebär att fasvinklarna reduceras med fasändringarna Acpll, Acp2l och A(pn1 i - vinkelkorrigeringsenheterna 30, 31 och 32. Utsignalema härifrån utgör de korrigerade fasvinklarna (p lk, (p2k och (pnk som tillföres beslutsenheten ll. Korrigeringen innebär vidare att fourieramplitudema multipliceras med konstanterna KA1, KA2 och KAn i' amplitudkorrigeringsenhetema 34, 35 och 36. Utsignalema härifrån utgör de korrigerade fourieramplitudema Alk, A2k och Ank som likaledes tillföres beslutsenheten 11. På samma sätt som visat i figur 1 aktiveras via kontakten 36 nödvändiga skyddsåtgärder då funktionskarakteristikens gränser överskrids .

Fasändringarna A(p11, A(p21 och A(pnl kan sättas till ett och samma värde Acp mellan 0 och -30 grader för att förenkla utförandet. På samma sätt kan konstantema KAl, KA2 och KAn också sättas till en och samma andra konstant KA mellan l och 2. Den första konstanten "a" som ingår i beslutsunderlaget för om korrigering skall ske eller ej antar lämpligen ett värde mellan 1 och 2. *a

Claims (4)

479 IX.) PATENTKRAV

1. Förfarande för att förhindra understabilisering av längsdifferential- skydd vid yttre fel och strömtransformatorrnättning vilket förfarande utgöres av en påbyggnad av en metod där längsdifferentialskyddets, via strömtransformatorer (Cl, C2, Cn) och A/D-omvandlare (1, 2, 3), uppmätta samplade strömmar Fourierfiltreras (4, 5, 6) för framtagning av respektive strömvektorers fourieramplitud (Al, A2, An) och fasvinkel (tpl, tillsammans med fourieramplituderna används för bestämning av längsdifferentialskyddets funktionskarakteristik samt att de samplade strömmarna även används för detektering av om någon ström- transformator har mättats och om så är fallet höjs den i funktionskarakteristiken ingående stabiliseringsgraden (S) och att förfarandet enligt påbyggnaden k ä n n e te c k n a s av att de samplade strömmamas toppvärden (All, A21, Anl) bestäms med hjälp av två på varandra följande sampelvärden för varje period och att strömmarnas hållamplituder (AllH, A21H, AnlH) bestäms som de i hållkretsar konsekutivt lagrade senast bestämda toppvärdena och om någon eller några av hållamplitudema är större än respektive fourieramplitud multiplicerat med en första konstant (a) och om samtidigt mättning har detekterats multipliceras fourieramplituden med en andra konstant (KA) till ett högre värde (Alk, A2k, Ank) och fasvinkeln reduceras med en fasändring (Anp) till ett lägre värde ((p1k, cp2k, cpnk) och att de sålunda korrigerade värdena på fourieramplitud och fasvinkel används för bestämning av en korrigerad funktionskarakteristik.

2. Förfarande för att förhindra understabilisering av längsdifferential- skydd vid yttre fel och strömtransforrnatormättning enligt patentkrav 1 och som k ä n n e t e c k n a s av att den första konstanten (a) antas ha ett värde mellan 1 och 2, att den andra konstanten (KA) antas ha ett värde mellan loch 2 och att fasändringen (Atp) antas ha ett värde mellan 0 och -30 grader.

3. Anordning för genomförandet av förfarandet för att förhindra understabilisering av längsdifferentialskydd vid yttre fel och strömtransformatormättning enligt patentkrav 1 vilken anordning utgör en påbyggnad av ett utförande som innefattar strömtransforrnatorer (Cl, C2, Cn), A/D-omvandlare (1, 2, 3) och Fourierfilter (4, 5, 6) för bestämning av uppmätta och samplade strömmars fourieramplitud (Al, A2, An) och fasvinkel (cpl, cp2, (pn), en beslutsenhet (ll) med kretsar för framtagning av längsdifferentialskyddets differential- och stabiliseringsström samt skyddets funktionskarakteristik, mättnings- detektorer (12, 13, 14) som vid detekterad mättning via ett kopplingssystem (16) ändrar funktionskarakteristikens stabiliseringsgrad (fl 470 295 8 (S) och att påbyggnaden är k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar toppvärdesbildare (17, 18, 19) för bestämning av de uppmätta strömmamas toppvärden (All, A21, Anl) med hjälp av två på varandra följande sampel, hållkretsar (20, 21, 22) för konsekutiv lagring av hållamplituderna (A11H, A21H, AnlH) i form av de senast bestämda toppvärdena, jämförare (23, 24, 25) för olikhetsbestärrming av hållarnplitudema relativt fourieramplitudema multiplicerat med en första konstant (a) och om olikheten är sann samtidigt som strömtransforrnator- mättning detekterats är fourieramplitudema anordnade att i amplitud- korrigeringsenheter (34, 35, 36) multipliceras med en andra konstant (KA) och fasvinklama är anordnade att reduceras i vinkelkorrigerings- enheter (30, 31, 32) med en given fasändríng (Acp) och att de korrigerade fourieramplituderna (Alk, A2k, Ank) och fasvinklama (cplk, tp2k, cpnk) är anordnade som insignaler till beslutsenheten.

4. Anordning för att förhindra understabilisering av längsdifferential- skydd vid yttre fel och strömtransfonnatorrnättriing enligt patentkrav 3 k ä n n e t e c k n a d av att den första konstanten (a) kan anta ett värde mellan 1 och 2, att den andra konstanten (KA) kan anta ett värde mellan 1 och 2 och att fasändringen (Acp) kan anta ett värde mellan 0 och -30 grader. " 'r