Способ распознавания поврежденной фазы в сетях с компенсацией токов однофазного замыкания

(5)5 С 01 В 31/ ОБРЕТЕ ЛЬСТВУ ОМУ С ВТ соб распоэнаван использованный е, Он заключаима однофазного ерении амплитуд нении их с зад зации о поврежде Известен спо врежденной фазы, стном устройств распознавании реж кания (утечки), изм жений фаз, срэв порогом и сигнали в иэвезамынапряанным ии фаГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Донецкий политехнический институт и Институт прикладной математики и механики АН УССР(72) В.К. Обабков и Ю.Н. Целуевский (56) Авторское свидетельство СССР Й. 589659, кл, Н 02 Н 3/16, 6 01 В 31/02, 1974.Авторское свидетельство СССР М 943959, кл, Н 02 Н 3/16. 6 01 В 31/02,1978.(54) СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ В СЕТЯХ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ТОКОВ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ (57) Использование: относится к электроэнергетике и может быть использовано в защитных устройствах, действие которых основано на выборе поврежденной фазы. Сущность изобретения: способ распознавания поврежде) ной фазы в сетях с компенсацией токов однофазного замыкания на землю включает в мебя распознавание режима однофазного замыкания в сети путем измерения амплитуды напряжения смещения нейтрали и сравнения ее с заданным пороговым значением, измерение абсолютных величин разностей фаз, между напряжением смешения нейтрали и фазными ЭДС, определение той фазы сети, для кото 4Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в защитных устройствах, действие которых основано на выборе поврежденной фазы, в частности, при построении всережимных систем автокомпенсации токов однофазных замыканий в трехфазных эл .рических ятях. 2рой данная разность не превышает л /3 радиан и выдачу информации о поврежденной фазе в случае, если в сети распознан режим однофазного замыкания, отличэющийся тем, что, с целью повышения досто-;. верности распознавания поврежденной фазы, измеряют дополнительно амплитуду одной из фазных ЭДС сети, определяют отношение амплитуд напряжения смещения нейтрали и указанной ЭДС, сравнивают данное отношение с синусом измеренной ранее абсолютной величины разности фаз напряжения смещения нейтрали и ЭДС определенной ранее фазы сети, уменьшенной на 7 г /6 радиан и, еслй указанное отноше- ние превышает величину упомянутого синуса, то производят выдачу информации о поврежденной фазе, в противном же случае, при наличии в сети однофазного замыкания, уменьшают расстройкуконтура нулевой последовательности сети-до тех пор, пока выполнится указэнйое выше условие, и только после этого выдают информацию о поврежденной фазе, считая ею ту фазу, для которой, на момент окончания уменьшения расстройки, абсолютная величина разности фаз между напряжением смещения нейтрали и фазными ЭДС сети не превышает 7 г /3 радиан, 4 ил,зы, отстающей по отношению к той, напряжение на которой превышает порог,Данный способ можно применять только в сетях с изолированной нейтралью, т.к, при однофазном замыкании на землю (ОЗНЗ) в сети с компенсацией емкостных токов, в зависимости от знака расстройки компенсации, максимальная амплитуда напряжения может наблюдаться как на опережающей (по отношению к поврежденной), так и на отстающей фазе.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу, является способ распознавания поврежденной фазы в сети с одни и те же значения амплитуды и фазы могут быть присущи не только напряжению смещения нейтрали, но и всем фазным напряжениям сети, а также любым искусственным координатам, сформированным их напряжения смещений нейтрали, фазных и линейных напряжений и ЭДС сети. Поэтому недостатком, связанным с неоднозначностью распознавания поврежденной фазы при значительных расстройках резонансного состояния КНПС обладают все способы и устройства, основанные на измерении амплитуд и фаз при неизменных параметрахсети. Более того, аналогичный недостаток присущ фазовому способу, вообще не требующему (в явном виде) распознавания поврежденной фазы, Решением указанной проблемы в низковольтных сетях можетслужить способ 5, основной особенностью которого является изменение выбранной фазы при выходе индуктивности ДГР(в процессе автонастройки) нэ ограничение, что считается признаком неправильного распознавания поврежденной фазы, Однако, недостатком подобного технического решения является возможность зацикливания (периодического перевыбора фазы) в том случае, если причиной выхода индуктивности ДГР на ограничение являлся выход емкости сети за пределы рабочего диапазона, Кроме того, для ДГР плунжерного типа крайне нежелательны дополнительные реверсы привода, неизбежно возникающие при использовании данного способа, и приводящие к преждевременному износу механической части ДГР, Отрицательным моментом является также снижение быстродействия из-эа дополнительных перестроек ДГР.Целью изобретения является повышение достоверности распознавания поврежденной фазы при замыканиях на землю через большие переходные сопротивленияДля достижения поставленной цели распознают режим однофазного замыкания в сети путем измерения амплитуды еп напряжения е(т) смещения нейтрали и сравнения ее с заданным пороговым значением (обычно равным 150 от амплитудного эна чения фаэных ЭДС сети), измеряют абсолютные величиныЛр ,= 1, 2. 3 разностей Л р фаэ между напряжением е(т) = епсоз( в 1+ р) смещения нейтрали сети и фазными ЭДС Е(т) = Ею соз(гд 1+ р ), 10 =1,2,3 сети: Лр = ф - Р 1, у" 1=0(фаза С). При этом определяют ту (к-ю) фазу сети, для которой данная абсолютная величина не превышает л /3 радиан, т,е.Лр - г=К (1)3Кроме того, измеряют дополнительно амплитуду е напряжения смещения нейтрали 20 и амплитуду Еп 1 одной иэ фэзных Е(1) ЭДСсети и определяют их. отношение еп/Еа.Далее, в том случае, если данное отношение превосходит величину синуса измеренной ранее абсолютной величины разности фаз 25Вгртк, Е = 1, 2, 3 (для которой ( Ьгр ( - с ), уменьшенной на л /6, т.е, еслиеп Л-зи ( Лр( -- ); 1 = 1, 2, 3 Еп 630 уф/ф 3 (2)и при этом в сети имеет место ОЗНЗ, то.выдачу информации о поврежденной фазе производят немедленно. В противном же 35 случае, т.е, когдаЕщ 6и при наличии ОЗНЗ в сети, уменьшают расстройку. резонансного состояния конту ра нулевой последовательности сети(КНПС)до тех пор, пока не выполнится вышеуказанное условие (2), и только после этого выдают информацию о поврежденной (К-й 0 фазе.Поврежденной фазой во всех случаях счита ют ту фазу, для которой (на момент окончания уменьшени расстройки КНПС, если таковое уменьшение производилось) абсолютная величинаЛ 1 разности фазЛр 50между напряжением е(т) смещения нейтрали и фаэными ЭДС Е(т),= 1, 2, 3, не превышает л /3 радиан, т.е. выполняется соотношением (1).4Действие способа состоит в следующем, Выполнение неравенства (2) означает нахождение вектора е напряжения смещения нейтрали в зоне неопределенности, где амплитуды и фазы напряжений и токов в сети не несут информации о поврежденной фазе, В этих условиях выдачу информации ое = евах вп + 3 л+ 2 )2 Л р + Л, т.е. ух - 1 3 л, -,(6)2 Л 1 ЛИзменения величин б и 9 о приводят к изме нению диаметра епэтой окружности от 0 до величины Еп 1. Поэтому при произвольном сочетании параметров сети, в режиме ОЗНЗ, конец вектора е напряжения е(с) смещения нейтрали может находиться в любой 10 точке круга ограниченного окружностью 4 при повреждении фазы А (Е, = Е 1); окружностью 5 при повреждении фазы В (Е = Е 2) или окружностью 6 при повреждении фазы С(Е= Ез), Уравнения окружностей 4.6 име ют следующий вид;е=Еэп(Ьу 1(+ - ); Лу 1 =у;Лу"12Л Л (фаза А); (7)еп 1 =епзп(Лу)2 + - ); Лр 2 = гр - 1 - лл 1 20 232 лили Лд =у+ - л:Лр; ( -32(фаза В); (8) 25 еп-егпьпЬЗ + - ); Л(рз = р - л;Лгрз-Л 2 Лз-- г (фаза С). (9)Как видно из фиг, 1, круги, ограничен.- ные данными окружностями, имеют общие зоны, выделенные штриховкой (зоны 10.13), Если вектор напряжения смещения нейтрали находится в пределах зоны 10, то поврежденной может оказаться фаза А или фаза С; если данный вектор находится в пределах зоны 11, то поврежденными могут быть фазы А и В; зоне 12 соответствуют фазы В и С. При этом имеем в виду, что из рассмотрения следует исключить круг, ограниченный окружностью 13 с радуисом, рав ным 0,15 Е,п, т,к. считается, что столь малым значениям напряжения смещения нейтрали соответствует нормальный режим работы сети. Зона 1, ограничена дугами. описываеЛ Л мыми уравнением (7). где Лр 1- , -и 4532 уравнением(9), где Лрз- "- -- ; зона2 311 ограничена дугами, описываемыми уравнением(7), где Лр 1-- . --иуравне2 3Л Лнием (8), где Лр 2- , -зона 1232ограничена дугами, описываемыми уравнеЛ Лнием (8), где Л р 2- , -и уравнением(9),23Л Лгде Ьрз- , - , Выполнив подстановки32выражения для Лр 1 в (8) и (9), выражения для Лр 2 в(7) и (9) и выражения для Лгр з в(7) и(8), с учетом обозначенных выше пределов изменения Лгр;: 1 = 1, 2, 3 для дуг,ограничивающих зоны неопределенности, как раз и приходим к соотношению (2).Сигнал, пропорциональный правой части неравенства (2), формируется при помощи блока 30 задания установок, элемента 31 вычитания и синусного функционального преобразователя 32, Сигнал, пропорциональный левой части неравенства (2) формируется измерителем (18) отношения амлитуд еп напряжения смещения нейтрали и Еп фазной ЭДС сети. Если неравенство (2) выполняется, то сигнал на выходе элемента 33 вычитания отрицателен, формирователь 34 размыкает ключ 22, отключая исполнительный механизм 23 ДГР от выхода регулятора РК, а на входы логических элементов 35 "И" поступает логическая "1". В результате на одной из точек 36,38, в рассматриваемом примере на точке 36, соответствующей повреждению фазы "А", появляется логическая "1", Поскольку распознан режим ОЗНЗ и на выходе блока 19 БРР имеется логическая "1", элементы 39 "И" производят выдачу информации о поврежденной фазе на выход устройства (в виде логической "1" на одном из выходов элементов 39, в нашем случае, на выходе, соответствующем фазе "А"). Если же неравенство (2) не выполняется, то вектор е напряжения смещения нейтрали находится в зоне неопределенности и поэтому выдачу информации о поврежденной фазе производить нельзя, В этом случае сигнал на выходе элемента 33 вычитания положителеН и на выходе формирователя 34 присутствует логический "0". В результате, логические элементы 35 "И" блокируют выдачу информации о поврежденной фазе: на точках 36,38 присутствует логический "0", который через логические элементы 39 "И" передается на выходы устройства. В то же время. логический "О" на выходе формирователя 34 замыкает ключ 22, Вследствие этого образуется замкнутый контур резо- нансной автонастройки КНПС, в который входят: объект автонастройки 14, регулятор 21, замкнутые ключи 20 и 22, а также астатический исполнительный механизм 23 АИМ, Расстройка КНПС уменьшается, в результате чего вектор е напряжения смещения нейтрали выходит из зоны неопределенности. При этом, вследствие выполнения неравенства (2), сигнал на выходе элемента 33 становится отрицательным, а логическая "1", возникшая на выходе . формирователя 34, останавливает резонансную автонастройку КНПС вследствие раз- мыкания ключа 22, и разрешает формирование (в точках 3638) информация о поврежденной фазе (которая проходит через логические элементы 35 "И"), ПриНедостатком, общим для прототипа иописанных выше аналогов, является воэможность ошибочного распознавания поврежденной фазы при ОЗНЗ через 5 значительное переходное сопротивление.Причиной является то обстоятельство, что фаза напряжения смещения нейтрали в сетях с компенсацией емкостных токов (по отношению к ЭДС поврежденной фазы) 10 Лменяется не в пределах( - , О), как в сетях с изолированной нейтралью, а в пределахл л( - ,), в зависимости от расстройки 15 резонансного состония контура нулевой посл едовател ьности сет и (КН П С), Фаза, близкая к - л /2 характерна для значительной недокомпенсации, а фаза, близкая к л /2 - для значительной перекомпенсации, В ре зультате напряжение смещения нейтралиможет иметь одно и то же сочетание фазы и амплитуды при перекомпенсации в случае повреждения фазы В и при недокомпенсации в случае повреждения фазы С, а также.25 при перекомпенсации в случае повреждения фазы С и при недокомпенсации в случае повреждения фазы А: Именно в этих случаях и возможен неправильный выбор фазы всеми вышеназванными устройствами. Следу ет подчеркнуть, что данное обстоятельствоносит принципиальный характер, так как в случае повреждения различных фаз при на-, личии перекомпенсации или недокомпенсации осуществляется посредством 35 выходного регистра 47 (фиг. 3).Предлагаемый способ распознаванияповрежденной фазы целесообразно использовать при построении всережимных авто 40 замыканий на землю (или токов утечки) в высоковольтных или низковольтных трех 45 50 помощи логических элементов 39 "И" указанная информация передается на выход устройства.Микропроцессорное устройство, показанное на фиг. 3, реализует алгоритм. упрощенная блок-схема которого показана на фиг. 4, В данном устройстве по прерыванию фронтом сигнала, поступающего на фронт 1 г 1 контроллера 48 прерываний КП, осуществляется программный перезапуск таймера 50, синхронизируемого тактовой частотой от генератора 53 тактовых импульсов ГТИ, По прерываниям фронтами и спадами логических сигналов, поступающим на входы 12, 1 г 3,г 4 контроллера 48 прерываний КП запоминается содержимое таймера 50 в моменты прохождения данных фронтов и спадов. В результате несложно определить фазу колебаний, формируемых компараторами 4043 по отношению к сигналу Е 1(1), а также скважность импульсов на выходах смещенных компараторов 42 и 43, Поскольку скважность импульсов на выходе смещенного компаратора, на вход которого подан гармонический сигнал, однозначно свяЗана с амплитудой этого сигнала, имеется возможность по данным, считанным с таймера 50, вычислить амплитуды сигналов Е 1(1) и ев режиме ОЗНЗ), По факту срабатывания компаратора 43 (и, следовательно - прерываний по входу 14 контроллера 48), кроме того, распознается переход в режим ОЗНЗ (когда еп0,15 Еп). Таким образом получается вся исходная информация. необходимая для работы алгоритма, показанного на фиг, 4. Управление астатическим исполнительным механизмом 23 АИМ дугогасящего реактора и выдача информации о поврежденной фазе в виде логической "1" на соответствующем выходе, компенсацией емкостных токов, реализованный в устройстве 2). Данный способ состоит в распознавании режима однофазного замыкания в сети путем измерения амплитуды напряжения смещения нейтрали и сравнения ее с заданным пороговым значением, измерении абсолютных величин разностей фаз между фазными ЭДС и напряжением смещения нейтралй, и выдаче, в случае, если в сети распознан режим ОЗНЗ, информации о повреждении изоляции той фазы сети, для которойданная разность фаз не превышает л /3 радиан, Пределы по абсолютной величине разности фаз от 0 до л /3 задаются длительность импульсов на выходах блоков 5 формирователя информационных импульсов, а принадлежность абсолютных величин разностей фаз интервалу(0, л /3) определяется при помощи О-триггеров,ком пенсатаров токов однофазных фаэн ых электрических сетях, где и редусматриваются нефазовые средства для автонастройки компенсации в нормальном режиме работы сети, Возможно его применение и всистемах, комбинирующих автокомпенсацию емкостных токов с автоматическим заземлением поврежденной фазы или с низкоомной компенсацией потенциала поврежденной фазы через трансформатор в нейтрали сети, Исключение неправильности выбора поврежденной фазы при значительных расстройках компенсации и замыканиях на землю через большие сопротивления повышает безопасность эксплуатации сетей, и предотвращает тяжелые аварии, которые развиваются, как правило, при неверном распознавании поврежденной фазы всережимным автокомпенсатором или ниэкоомными средствамиЛВКЙ%У НР 80 КОМРРЯСбЦОЯ ЛРбЖбф СРЩЮ защиты от замыканий на землю, что, в свою очередь, повышает надежность электроснабжения.Формула изобретения Способ распознавания поврежденной фазы в сетях с компенсацией токов, однофазного замыкания на землю, включающий в себя распознавание режима однофазного замыкания в сети путем измерения амплитуды напряжения смещения нейтрали и сравнения ее с заданным пороговым значением, измерение абсолютных величин разностей фаз между напряжением смещения нейтрали и фазными ЭДС, определение той фазы сети, для которой данная разность не превышает л /3 рад и выдачу информации о поврежденной фазе в случае, если в сети распознан режим однофазного замыкания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сЦелью повышения достоверности распознавания поврежденной фазы, измеряют дополнительно амплитуду одной из фазных ЭДС сети, определяют отношение амплитуд напряжения смещения нейтрали и указанной ЭДС, сравнивают данное отношение с синусом измеренной ранее абсолютной величи ны разности фаэ напряжения смещениянейтрали и ЭДС определенной ранее фазы сети, уменьшенной на т /6 рад, и если укаэанное отношение превышает величину умопянутого синуса, то производят выдачу 10 информации о поврежденной фазе, в противном же случае, при наличии в сети однофазного замыкания, уменьшают расстройку контура нулевой последовательности сети до тех пор, пока выполнится указанное вы ше условие, и только после этого выдаютинформацию о поврежденной фазе, считая ею ту фазу, для которой на момент оконча.ния уменьшения расстройки, абсолютнав величина разности фаз между напряжением 20 смещения нейтрали и фазными ЭДС сети ыепревышает л / 3 рад,/качало Инцццалщоцця ЮП, 7;П, падеото 8 на ОЯ Х 4 мь Нет. норнальныд режим реюдония по юоОу 1 р 4 ро оть сети Яо: ОУН 8 ЯОпределение сн 8 ажности имлульсо 8Е 1 д и 8 ычисление Г,остряка ннпснормальном режимерайюэгсети Определение снЯжногти импульсо 8ееЮ и 8 ычисление ет 8 ычцсление отношения ел,/4 Определение беличинlЮР;1, с 1 ЯЗпо моментом преры 8 анид , 1 ц л,. 3 дыя 8 ление УК)еУЛ дычцсление тп(IМ 1-Я 6) 61ЙФ ь рфДФ/Г 1 7 фР,ф 6неопределенности 68еот ноачало эгатреналь-, релЯщдедевйййюноео алеоритманастроойи ююг9 оминониеепц ьнеиеОН 7//ю:жнанеопределенности67 Шое насщройяи КЙПЬоэмененое 1 но Я Юыдоноинддняроо поел. ьь 6рауе О Определение ся 8 ажности импульсоеееф, 8 ычислеиие е,иприс 8 оц 8 оние;е:дел,7 ОЯа.приблиеилисьнреео- АЫ е 8 ерсщ;,.8 ьнонсуРцгч Составитель В.ОбабковТехред М.Моргентал Корректор Н.Бучок Редактор Т.Иванова Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 4273 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5