Способ определения поврежденной линии в компенсированной трехфазной сети

Авторы патента:

H02H3/16 - реагирующие на ток замыкания на землю, на корпус или на массу (с устройствами для балансной или дифференциальной защиты H02H 3/26)

Владельцы патента RU 2535298:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к релейной защите электрических сетей напряжением 6-35 кВ с компенсированной нейтралью, и предназначено для селективного определения поврежденной линии среди других линий сети при возникновении однофазного замыкания на землю (ОЗЗ). Согласно способу одновременно измеряют токи нулевой последовательности защищаемых линий сети и ток компенсирующего реактора с помощью датчиков тока с идентичными амплитудно-частотными характеристиками. Затем из результатов измерений отфильтровывают первую гармонику, получают амплитудно-частотные спектры гармоник измеренных токов и амплитудно-частотный спектр тока компенсирующего реактора. Сравнивают амплитудно-частотные спектры токов всех линий со спектром тока реактора и при совпадении амплитудно-частотного спектра тока одной из защищаемых линий сети с амплитудно-частотным спектром тока компенсирующего реактора по группе гармоник, принадлежащих току реактора, фиксируют поврежденную линию. Техническим результатом является селективная защита электрических сетей от ОЗЗ и достоверное определение поврежденной линии среди других линий сети. 1 ил.

Известен способ определения места однофазного повреждения в электрической сети 6-35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю, при котором две секции сигнальной обмотки компенсирующего реактора последовательно поочередно закорачивают коммутаторами через дополнительные сопротивления с целью обеспечения модуляции в токе ОЗЗ, и далее защита поврежденной линии реагирует на частоту модуляции (см. патент РФ №2160953, кл. H02H 3/16, опубл. 20.12.2000).

Недостатками известного способа являются возможность неселективной работы защиты при перемежающихся дуговых замыканиях; сложность в его технической реализации.

Известен способ защиты компенсированных трехфазных сетей от ОЗЗ, реализованный в устройстве (см. авт. свид. СССР №177958, кл. H01H 83/02, опубл. 01.01.1966) и основанный на использовании дополнительного «наложенного» тока непромышленной частоты. Согласно способу контролируют ток нулевой последовательности защищаемых линий, содержащий помимо тока основной частоты дополнительную составляющую, получаемую при помощи дополнительного источника питания частотой 25 Гц. Из результатов контроля выделяют составляющую «наложенного» тока, по которой определяют поврежденную линию. Дополнительная составляющая частотой 25 Гц присутствует только на поврежденной линии и является признаком возникновения режима ОЗЗ на этой линии.

Недостатками известного способа являются: возможность неселективной работы защиты при больших значениях переходного сопротивления в месте возникновения ОЗЗ, а также при перемежающихся дуговых замыканиях; трудность отстройки от естественных гармонических составляющих тока нулевой последовательности; возможные неселективные срабатывания защиты при феррорезонансных процессах; необходимость установки дополнительного силового оборудования.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения поврежденной линии в компенсированной трехфазной сети при однофазном замыкании на землю, реализованный в устройстве (см. патент РФ №2402130, кл. H02H 3/16, опубл. 20.10.2010). Согласно способу измеряют токи нулевой последовательности защищаемых линий сети, из результатов измерений отфильтровывают первую гармонику, получают амплитудно-частотный спектр гармоник измеренных токов. Сравнивают амплитуды низкочастотных и высокочастотных гармоник токов нулевой последовательности защищаемых линий. В известном техническом решении учитывается, что в частотном спектре тока нулевой последовательности поврежденной линии амплитуды гармоник с частотами ниже 50 Гц больше, чем амплитуды гармоник с частотами выше 50 Гц, и наоборот, для неповрежденной линии. Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа - измерение токов нулевой последовательности защищаемых линий сети; фильтрация первой гармоники из результатов измерений; получение и сравнение амплитудно-частотных спектров (АЧС) гармоник измеренных токов.

Недостатками известного способа, принятого за прототип, являются: возможность неселективной работы защиты при коммутациях в электрической сети; нестабильность и случайный характер состава гармоник в токах нулевой последовательности линий.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является селективная защита электрических сетей от ОЗЗ и достоверное определение поврежденной линии среди других линий сети.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе определения поврежденной линии в компенсированной трехфазной сети при однофазном замыкании на землю, основанном на измерении токов нулевой последовательности защищаемых линий сети, фильтрации первой гармоники из результатов измерений, получении и сравнении амплитудно-частотного спектра гармоник измеренных токов, согласно изобретению одновременно с измерением токов нулевой последовательности всех линий сети измеряют ток компенсирующего реактора, причем для измерений всех токов используют датчики тока с идентичными амплитудно-частотными характеристиками, отфильтровывают первую гармонику тока реактора, получают амплитудно-частотный спектр тока компенсирующего реактора, затем сравнивают амплитудно-частотные спектры токов всех линий со спектром тока реактора и при совпадении амплитудно-частотного спектра тока одной из защищаемых линий сети с амплитудно-частотным спектром тока компенсирующего реактора по группе гармоник, принадлежащих току реактора, фиксируют поврежденную линию.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - измеряют ток компенсирующего реактора одновременно с измерением токов нулевой последовательности всех линий сети; используют для измерений всех токов датчики тока с идентичными амплитудно-частотными характеристиками; отфильтровывают первую гармонику тока реактора; получают амплитудно-частотный спектр тока компенсирующего реактора; сравнивают амплитудно-частотные спектры токов всех линий со спектром тока реактора; фиксируют поврежденную линию при совпадении амплитудно-частотного спектра тока одной из защищаемых линий сети с амплитудно-частотным спектром тока компенсирующего реактора по группе гармоник, принадлежащих току реактора.

Отличительные признаки в совокупности с известными обеспечивают достоверность определения поврежденной линии среди других линий сети, что позволяет создать селективную защиту электрических сетей от ОЗЗ.

Необходимость отфильтровывания основной гармоники промышленной частоты обусловлена тем фактом, что эта гармоника тока содержится в токах нулевой последовательности всех защищаемых линий и в токе реактора. Поэтому первую гармонику целесообразно считать как помеху.

Использование в качестве контролируемой величины АЧС тока по группе (набору) гармоник, принадлежащих току реактора, позволит достоверно определить поврежденную линию среди других линий сети благодаря следующим факторам:

1. несинусоидальность тока реактора зависит не только от несинусоидальности напряжения смещения нейтрали, а также и от нелинейности самого реактора.

2. ток реактора протекает через место ОЗЗ только через поврежденную линию.

Следовательно, АЧС тока реактора присутствует только в АЧС тока нулевой последовательности поврежденной линии, что, безусловно, позволит достоверно определять поврежденную линию среди других.

Предлагаемый способ поясняется структурно-функциональной схемой, представленной на чертеже.

На схеме показаны:

1 - фильтр, в котором из результатов измерений отфильтровывают первую гармонику токов;

2 - блок формирования АЧС;

3 - блок сравнения АЧС;

4 - исполнительный блок.

Способ определения поврежденной линии в компенсированной трехфазной сети при однофазном замыкании на землю осуществляется в следующей последовательности.

При возникновении режима ОЗЗ в сети 6-35 кВ на нейтрали сети появляется напряжение смещения нейтрали, что обуславливает появление тока реактора. Этот ток измеряется датчиком, установленным в нейтрали сети. Далее измеренный сигнал тока реактора поступает на вход фильтра 1, на выходе которого отсутствует только основная гармоника тока реактора. Затем сигнал с фильтра 1 поступает на блок формирования АЧС 2, в котором получают АЧС (гистограмму) тока реактора по группе гармоник. Полученный сигнал о АЧС (гистограмме) тока реактора поступает в блок сравнения 3. Аналогично с помощью фильтров 1 и блоков 2 формируются АЧС (гистограммы) токов нулевой последовательности всех защищаемых линий сети, сигналы о которых также поступают на входы блока 3. В блоке 3 все АЧС (гистограммы) токов нулевой последовательности линий сравниваются с АЧС (гистограммой) тока реактора, и по результату совпадения АЧС тока нулевой последовательности какой-либо линии с АЧС тока реактора исполнительный блок 4 выдает сигнал на фиксирование поврежденной линии.

Предлагаемый способ может быть реализован на базе известных микропроцессорных устройств.

Преимущество изобретения состоит в том, что оно обеспечивает достоверное определение поврежденной линии среди других линий сети, что позволяет создать селективную защиту электрических сетей от ОЗЗ.

Способ определения поврежденной линии в компенсированной трехфазной сети при однофазном замыкании на землю, основанный на измерении токов нулевой последовательности защищаемых линий сети, фильтрации первой гармоники из результатов измерений, получении и сравнении амплитудно-частотных спектров гармоник измеренных токов, отличающийся тем, что одновременно с измерением токов нулевой последовательности всех линий сети измеряют ток компенсирующего реактора, причем для измерений всех токов используют датчики тока с идентичными амплитудно-частотными характеристиками, отфильтровывают первую гармонику тока реактора, получают амплитудно-частотный спектр тока компенсирующего реактора, затем сравнивают амплитудно-частотные спектры токов всех линий со спектром тока реактора и при совпадении амплитудно-частотного спектра тока одной из защищаемых линий сети с амплитудно-частотным спектром тока компенсирующего реактора по группе гармоник, принадлежащих току реактора, фиксируют поврежденную линию.

Использование: в области электротехники. Технический результат: повышение устойчивости функционирования в условиях воздействия шумов и помех.

Способ селективной защиты от замыканий на землю в электрической сети с малыми токами замыкания на землю // 2529684

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности.

Устройство защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью // 2529541

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение чувствительности и надежности функционирования устройства защиты.

Способ и устройство для настройки системы защиты от замыкания в трехфазной электрической сети // 2529490

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности и чувствительности защиты.

Способ токовой защиты трехфазной сети от однофазных замыканий на землю // 2527075

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении селективности и надежности защиты.

Способ выявления участка повреждения при коротких замыканиях на кабельно-воздушной линии электропередачи постоянного тока // 2518050

Использование - в области электротехники. Технический результат - повышение надежности работы ППТ.

Способ ограничения токов короткого замыкания и переходных восстанавливающихся напряжений в электрических сетях высокого напряжения // 2515272

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение максимального значения тока в аварийном присоединении, уменьшение времени существования короткого замыкания и, как следствие, ограничение переходных восстанавливающихся напряжений.

Устройство обнаружения и защитного заземления фазы электрической сети с изолированной нейтралью // 2501140

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение быстродействия и надежности.

Способ определения поврежденного присоединения на секции шин трехфазной сети с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю // 2484570

Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с компенсированной нейтралью // 2481687

Изобретение относится к области релейной защиты и может быть использовано для защиты от замыканий на землю линий, подключенных к сетям с компенсированной нейтралью.

Способ определения места возникновения однофазного замыкания на землю для воздушных линий электропередачи в сетях с изолированной нейтралью // 2536168

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности электроснабжения потребителей. Способ заключается в контроле напряжения на шинах распределительного устройства, и установке на опорах ВЛЭП регистраторов для сигнализации протекания тока ОЗЗ, при этом контролируют фазное напряжение на шинах распределительного устройства, регистраторы оснащают блоком контроля и сигнализации (БКС), токоограничивающим сопротивлением и высоковольтным тиристором, управляемым сигналами, сформированными БКС, индивидуальными для каждой опоры ВЛЭП, при этом, факт протекания тока ОЗЗ по опоре ВЛЭП сигнализируют дистанционно по характеру изменения фазного напряжения на шинах распределительного устройства, обусловленному индивидуальным повторно-кратковременным шунтированием токоограничивающего сопротивления посредством управляемого высоковольтного тиристора. 2 ил.

Устройство общесекционной защиты трехфазной сети от однофазных замыканий на землю // 2538767

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), а также может быть использовано в сетях, где нейтраль заземлена через резистор, дугогасящий реактор или комбинированно. Технический результат - обеспечение высокой селективности и надежности выявления поврежденной линии в сети. Технический результат достигается за счёт введения дополнительного вычислительного модуля для вычисления на заданном ограниченном по длительности интервале осреднения Θзад<1 мс интегрального среднего значения броска переменной составляющей мгновенной мощности трехфазной линии и одновременного определения знака этого броска при перемежающемся замыкании, дополнительного пускового органа защиты, выполненного в виде таймера-задатчика начала отсчета и длительности интервала осреднения броска мощности, а в исполнительный орган защиты введен дополнительный логический максиселектор-анализатор для выявления наибольшей величины среднего значения броска мгновенной мощности линии и одновременного определения противоположности знака этого броска по отношению к аналогичным броскам мощности на других линиях сети. Для каждой защищаемой линии применен релейный исполнительный орган защиты, реализующий логическую функцию «ИЛИ», для обеспечения функции совместимости контроля как устойчивых, так и перемежающихся замыканий. 1 ил.

Способ определения интервалов однородности электрической величины // 2540267

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в релейной защите и автоматике. Технический результат - повышение чувствительности при обработке электрической величины с высокой частотой измерений и возможность выявления и корректировки измерения электрической величины с выбросами. В способе измеряют электрическую величину в равномерно фиксированные моменты времени, настраивают адаптивный фильтр на подавление электрической величины, формируют выходной сигнал настроенного фильтра путем обработки последующих после настройки измерений электрической величины и подают его на вход исполнительного реле и по возврату исполнительного реле фиксируют начало нового и окончание предыдущего интервалов однородности электрической величины. Из измерений электрической величины составляют равномерно сдвинутые во времени децимированные сигналы с фиксированным шагом децимации так, чтобы наложение всех децимированных сигналов на одну временную ось давала измерения электрической величины. Настраивают адаптивный фильтр на подавление одного из децимированных сигналов, формируют копии настроенного адаптивного фильтра по числу децимированных сигналов, определяют выходные сигналы копий фильтров при обработке своих децимированных сигналов и подают их на исполнительное реле. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ защиты сетей с изолированной, компенсированной и резистивно-заземленной нейтралью от однофазных коротких замыканий на землю // 2543517

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение селективности защиты и повышение надежности и быстродействия. Согласно способу осуществляется определение наличия короткого замыкания на контролируемом фидере путем определения направления мощности нулевой последовательности в первый момент пробоя. В качестве исходных данных используются сигналы тока и напряжения нулевой последовательности. Далее осуществляется расчет производной комплексной мощности нулевой последовательности, причем расчет осуществляется однократно для составляющей промышленной частоты в первый момент пробоя, который детектируется по превышению мгновенным значением тока или напряжения нулевой последовательности заданной величины. При этом по направлению производной комплексной мощности нулевой последовательности определяется и сохраняется направление короткого замыкания на контролируемом фидере. Вдобавок осуществляется дополнительный контроль превышения действующим значением напряжения нулевой последовательности заданной величины с выдержкой времени, равной в один или более периодов промышленной частоты, таким образом, что по окончании выдержки времени и при условии сохраненного направления короткого замыкания на контролируемом фидере осуществляется формирование сигнала срабатывания защиты. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Устройство защитного отключения по напряжению // 2543990

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для защиты приемников электрической энергии от аварийных значений напряжений в электрических сетях. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости устройства к сетевым импульсным помехам и гибкости его функционирования, сокращении времени и упрощении процедуры задания верхнего и нижнего порогов срабатывания устройства. Для этого заявленное устройство по напряжению содержит электрически связанные выпрямитель напряжения сети, делитель напряжения, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, электронный цифровой коммутатор, узел индикации, узел коммутации. В качестве выпрямителя напряжения сети используется двухполупериодный выпрямитель напряжения электрической сети, в качестве аналого-цифрового преобразователя используется аналого-цифровой преобразователь, встроенный в микропроцессор. 1 ил.

Способ устранения неисправности в линии постоянного тока высокого напряжения, установка для передачи электрического тока по линии постоянного тока высокого напряжения и преобразователь переменного тока // 2550138

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в линиях постоянного тока высокого напряжения, к которой через автономный преобразователь подключена сеть переменного тока. Технический результат - повышение надежности устранения неисправности в линии постоянного тока высокого напряжения. Для того чтобы иметь возможность устранять неисправность в линии (19) постоянного тока высокого напряжения с сетью (17) переменного напряжения, подключенной через автономный преобразователь (1) переменного тока, надежно со сравнительно невысокими затратами посредством управления по меньшей мере одним Н-мостовым подмодулем (36, 37, 38; 39, 40, 41) в фазных ветвях (4, 5, 6; 7, 8, 9) выполненного в модульной конструкции преобразователя (1) переменного тока при формировании противоположного напряжения относительно напряжения на электрической дуге, ток короткого замыкания, протекающий в случае неисправности, снижается. Изобретение также относится к установке для передачи электрического тока через линию постоянного тока высокого напряжения и к преобразователю переменного тока. 3 н.п. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кв // 2550348

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и устойчивости функционирования устройства. Устройство содержит орган направления мощности, состоящий из согласующих преобразователей тока и напряжения трансформаторного типа, двух частотных фильтров, двух фильтров аварийных составляющих, схемы сравнения знаков тока и напряжения, двух одновибраторов, двух элементов запрета, и пусковой орган, состоящий из фильтра выделения промышленной частоты, элемента запрета, реле напряжения, а также элемент И, элемент времени и два выходных реле, и дополнительно введены в заявленное устройство три пороговых органа и три выходных реле, фильтр промышленной частоты, схема сравнения, элемент И, элемент ИЛИ и элемент времени, вход первого дополнительного выходного реле через дополнительный элемент времени соединен с выходом дополнительного элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого дополнительного порогового органа, вход которого соединен с выходом дополнительного фильтра промышленной частоты, вход которого соединен с выходом согласующего преобразователя тока трансформаторного типа, а второй вход дополнительного элемента ИЛИ соединен с выходом реле напряжения, второй выход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа через фильтр промышленной частоты соединен с первым входом дополнительной схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом дополнительного фильтра промышленной частоты, первый выход дополнительной схемы сравнения через второй дополнительный пороговый орган соединен с первым входом дополнительного элемента И, а второй выход дополнительной схемы сравнения через третий дополнительный пороговый орган соединен со вторым дополнительным выходным реле, выход дополнительного элемента И соединен с первым входом дополнительного элемента И и с третьим дополнительным выходным реле, а второй вход дополнительного элемента И соединен с выходом реле напряжения. 1 ил.

Дугогасящий агрегат для компенсации емкостных токов замыкания на землю // 2551952

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам для компенсации емкостных токов замыкания в электрических сетях 6-35 кВ. Технический результат состоит в снижении активных потерь электроэнергии, материалоемкости и габаритных размеров, повышении надежности в эксплуатации и упрощении технического обслуживания. Дугогасящий агрегат содержит нейтралеобразующий трансформатор и реактор, размещенные в одном корпусе. Магнитопровод дугогасящего агрегата выполнен на четырех стержнях. На трех пространственных стержнях, расположенных под углом 120° относительно друг друга, установлены рабочие обмотки нейтралеобразующего трансформатора, соединенные по схеме «зигзаг». На четвертом стержне магнитопровода, имеющего воздушные зазоры и установленного в центре трехфазной магнитной системы, имеется рабочая обмотка, выводы которой подключены к нейтрали трехфазного трансформатора и шине заземления. 1 ил.

Идентификация и направленное детектирование короткого замыкания в трехфазной энергосистеме // 2557017

Изобретение относится к области электротехники. В соответствии с изобретением, предложенные способ и устройство для направленного детектирования отказа в многофазной энергосистеме основаны на анализе гармоник тока в соответствии со сложением полупериодов одинаковой полярности токов каждой фазы энергосистемы, а также сравнении изменения амплитуды или любого другого нормированного значения токов каждой фазы (4A, 4В, 4С). В частности, гармонику 2, соответствующую гармонике 1 предыдущего тока, сравнивают с нулевой гармоникой, и в зависимости от их соотношения можно классифицировать отказ как двухфазный или однофазный. Сравнение среднего значения (µ) нормы (||IA||, ||IB||, ||IC||) каждой фазы с каждой из норм дополнительно гарантирует определение места отказа относительно датчиков (12) фазного тока. Технический результат - гарантированное установление различий между двухфазным и однофазным короткими замыканиями на землю. 10 н. и 8з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для сигнализации о заземлениях в цепях постоянного тока // 2559026

Предлагаемое устройство для сигнализации о заземлениях в цепях постоянного тока может найти широкое применение в изделиях ракетно-космической техники, где требуется высокая надежность при проверке работоспособности сложных систем автоматики и недопустимость ложного попадания плюса источника питания или минуса источника питания на корпус прибора. Техническим результатом предлагаемого изобретения является контроль попадания кратковременных ложных потенциалов на корпус, визуальная фиксация попадания плюса источника питания или минуса источника питания на корпус. Предлагаемое устройство для сигнализации о заземлениях в цепях постоянного тока содержит источник питания, к которому подключен резистивный делитель, состоящий из последовательно соединенных первого и второго резисторов, сигнализатора наличия ложного потенциала, выполненного на светодиодах, в отличие от известного, в него введены первая и вторая оптоэлектронные тиристорные пары, светодиоды этих оптоэлектронных тиристорных пар включены параллельно и встречно, при этом первый вывод светодиодов оптоэлектронных тиристорных пар через конденсатор подключен к средней точке соединения первого и второго резисторов, второй вывод светодиодов оптоэлектронных тиристорных пар подключен к корпусу, тиристор первой оптоэлектронной тиристорной пары через третий резистор и первый светодиод сигнализатора наличия ложного потенциала подключен к источнику питания, тиристор второй оптоэлектронной тиристорной пары через четвертый резистор и второй светодиод сигнализатора наличия ложного потенциала также подключен к источнику питания. 1 ил.