Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов



Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов
Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов
Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов
Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов
Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов
Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов
Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов
Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов
Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов
Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов
Способ и компоновка для обнаружения внутренней неисправности в соединенной н-мостом батарее конденсаторов

 


Владельцы патента RU 2553276:

АББ РИСЕРЧ ЛТД (CH)

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение чувствительности и точности обнаружения неисправностей. Способ содержит измерение фазного тока каждой отдельной фазы батареи конденсаторов (100), непрерывное вычисление среднеквадратичного значения, обозначенного как RMS, измеренного фазного тока (110), измерение тока несимметрии (120), непрерывное вычисление RMS-значения измеренного тока несимметрии (130), обнаружение фазового угла между измеренным фазным током и его соответствующим измеренным током несимметрии (140), непрерывное вычисление значения тока несимметрии в относительных единицах на основе вычисленного RMS-значения измеренного фазного тока и вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии (145), отслеживание и обнаружение изменения в вычисленном токе несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах (160), определение скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах (170), определение числа внутренних неисправностей и их соответствующих местоположений на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и обнаруженного фазового угла (200) и инициирование сигнала тревоги и/или аварийного отключения, когда определенное общее число неисправностей внутренних элементов превышает первое или второе пороговое значение (210). 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области обнаружения внутренней неисправности в батарее конденсаторов, подключенной в одной фазе или нескольких фазах, соответственно, к системе электропитания. Оно относится, в частности, к обнаружению внутренней неисправности в батарее конденсаторов с H-мостом, при этом батарея конденсаторов содержит множество конденсаторных блоков и каждый из конденсаторных блоков содержит множество емкостных элементов, соединенных параллельно и/или последовательно, и при этом конденсаторные блоки дополнительно разделены на две цепи. Средние точки двух цепей соединены вместе через трансформатор тока. Следовательно, конденсаторные блоки дополнительно разделены на четыре квадранта, и внутренняя неисправность может быть в одном или более емкостных элементах или блоках и затрагивает один или более емкостных квадрантов в батарее конденсаторов.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Батареи конденсаторов устанавливаются, чтобы улучшать качество электропитания, обеспечивая компенсацию реактивной мощности и коррекцию коэффициента мощности в системе электропитания. Использование батарей конденсаторов возросло вследствие того, что они относительно дешевы, легко и быстро устанавливаются и могут применяться почти везде в сети системы электропитания. Установки батарей конденсаторов оказывают другие полезные действия на систему, такие как улучшение профиля напряжения, улучшение регулировки напряжения, уменьшение потерь, увеличение способности передачи энергии и снижение или откладывание инвестиций в эффективность передачи и выработки энергии.

Батарея конденсаторов собрана посредством множества отдельных конденсаторных блоков. Каждый отдельный конденсаторный блок является основным компоновочным блоком батареи конденсаторов и включает в себя множество отдельных емкостных элементов, размещенных в параллельно/последовательно соединенных группах в металлической оболочке. Блоки могут быть внешне или внутренне снабжены плавкими предохранителями, без плавких предохранителей или снабжены неплавкими предохранителями в зависимости от применения батареи. Элементы могут быть соединены с плавкими предохранителями, и группа элементов обычно шунтируется посредством резистора внутреннего разряда для того, чтобы уменьшать остаточное напряжение блока после отсоединения от системы электропитания. Каждый из емкостных элементов сконструирован посредством наматывания двух электродов из алюминиевой фольги, разделенной несколькими слоями бумаги, или изолированной полимерной пленкой или смешанным диэлектриком из бумаги и полимерной пленки.

Батареи конденсаторов обычно дополнительно сконструированы с помощью отдельных конденсаторных блоков, соединенных последовательно и/или параллельно, чтобы получать требуемое номинальное напряжение.

Однако внутренняя неисправность с точки зрения сработавших плавких предохранителей, отказавших элементов и/или отказавших блоков в одном или более квадрантах может возникать вследствие, например, неправильного выбора расчетного номинального напряжения, что может давать в результате непрерывную высоковольтную нагрузку для выбранной батареи конденсаторов и в конечном счете может привести к разрушению диэлектрика емкостных элементов. Другими причинами внутренней неисправности могут быть перегрузка по току, избыточное напряжение, короткое замыкание, тепловое повреждение и внутреннее механическое напряжение. Они могут также включать в себя неправильное срабатывание плавких предохранителей вследствие плохой координации плавких предохранителей.

Существующие схемы защиты от несимметрии типично доступны, чтобы обнаруживать такую внутреннюю неисправность. Например, защита от несимметрии может быть использована во множестве соединений батареи конденсаторов: заземленная "звезда", незаземленная "звезда", "треугольник" и однофазное соединение. Существующая защита от внутренней неисправности с H-мостом основана на измерении тока, типично с помощью трансформатора тока, в звене, соединяющем две цепи конденсаторов вместе в средних точках двух цепей. Любое изменение в емкости какого-либо конденсатора будет вызывать изменение в H-токе, также называемом током несимметрии.

Однако существующие защиты от несимметрии на основе схемы H-моста могут обнаруживать множество внутренних неисправностей некорректно, поскольку сигнал несимметрии вследствие внутренней неисправности может быть компенсирован посредством наличия комбинации внутренних неисправностей в любых двух или более соседних квадрантах. Это, следовательно, приводит в результате к неопределенности с точки зрения обнаружения числа внутренних неисправностей. Кроме того, такая вызванная неоднозначность может приводить в результате к необнаруженным неисправностям в батарее конденсаторов, что может привести к риску воспламенения или взрыва, сопровождаемого сильным повреждением всей батареи конденсаторов до принятия раннего предупредительного действия.

Кроме того, поскольку батарея конденсаторов содержит множество блоков, каждый из которых включает в себя множество элементов, неспособность идентифицировать местоположение внутренней неисправности приводит в результате к дорогостоящему техобслуживанию, поскольку вся батарея конденсаторов должна быть отключена и должен быть выполнен исключающий поиск. Что еще более важно, это может влиять на доступность батареи конденсаторов.

Документ US 4956739 описывает систему защиты для батареи конденсаторов, имеющей компоновку двойного H-моста, где токи несимметрии измеряются с помощью двух трансформаторов тока и где неисправности локализуются посредством вычислений фазового угла. Однако не принимались ответные меры для эффекта взаимной компенсации, который является следствием проявления комбинации внутренних неисправностей в любых двух соседних квадрантах в батареях конденсаторов с H-мостом. Система, следовательно, не может определять точное число внутренних неисправностей в батарее, что влияет на надежность и чувствительность системы. Дополнительно, она применима только в тех случаях, когда существуют два трансформатора тока, делящих каждую фазу на 6 равных батарей конденсаторных блоков с соединенными двойным H-мостом батареями, а не типичные соединенные H-мостом батареи с одним трансформатором тока.

Документ US 4219856 (Данфорс и пр.) (D2) показывает защитное устройство для батареи конденсаторов, которое подсчитывает пульсации тока (см. п. 1) и подсчитывает число внутренних неисправностей на основе числа этих пульсаций и включает в себя средство определения полярности для различия между пульсациями, исходящими из одной или другой из емкостных ветвей (п. 6). Кроме того, D2 раскрывает (столбец 2, строки 25-30) использование стационарного реле защиты от тока несимметрии, раскрытого в US 3143687 (Хертберг и пр.) (D3). Было бы полезным для этих устройств обеспечивать более надежное обнаружение, особенно ввиду обнаружения комбинаций внутренних неисправностей с возможностями эффектов взаимной компенсации.

Следовательно, желательна более чувствительная и точная схема обнаружения и защиты от внутренней неисправности для компоновки H-моста.

ЗАДАЧА И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является предоставление улучшенного способа обнаружения внутренней неисправности в батарее конденсаторов на основе вычисления скачкообразного изменения тока несимметрии H-моста, при этом внутренняя неисправность может происходить в одном или более емкостных элементах/блоках и/или затрагивает один или более емкостных квадрантов в батарее конденсаторов.

Задача решается посредством способа обнаружения тока несимметрии, как определено в преамбуле пункта 1 формулы, характеризующегося тем, что способ дополнительно содержит непрерывное вычисление значения тока несимметрии в относительных единицах на основе вычисленного RMS-значения измеренного фазного тока и вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии, отслеживание и обнаружение изменения в вычисленном токе несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах, определение скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах, определение числа внутренних неисправностей и их соответствующих местоположений на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и обнаруженного фазового угла и инициирование сигнала тревоги и/или аварийного отключения, когда определенное общее число неисправностей внутренних элементов превышает первое или второе пороговое значение.

Когда неисправность происходит в батарее конденсаторов, она будет давать в результате изменение тока несимметрии на H-мосте. Эта неисправность может подразумевать одну или более внутренних неисправностей. Неисправность может быть замечена посредством обнаружения возникновения пика тока несимметрии в качестве события неисправности, которое происходит во время дугового разряда через поврежденные конденсаторы. Однако в случае когда две последовательных внутренних неисправности затрагивают два соседних квадранта, внутренняя неисправность из одного квадранта может компенсировать сигнал тока несимметрии, сформированный посредством другого квадранта, что приводит в результате либо к необнаружению тока несимметрии, либо к необнаружению изменения тока несимметрии. Следовательно, точное число внутренних неисправностей не может быть корректно определено. Согласно изобретению, такой эффект взаимной компенсации заранее исключается посредством определения точного числа внутренних неисправностей на основе скачкообразного характера изменения тока несимметрии и соотношения между знаком этого скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах его соответствующего фазного тока и обнаруженным фазовым углом. Следовательно, изобретение делает возможным определение точного числа внутренних неисправностей.

Вследствие того факта, что изобретение делает возможным определение точного числа внутренних неисправностей, изобретение делает возможным выбор правильного действия посредством отправки правильного сигнала тревоги и/или аварийного отключения на основе этой более точной информации, что, кроме того, предоставляет более чувствительную и надежную схему и решение защиты от несимметрии H-моста.

Кроме того, на основе соотношения между знаком скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и обнаруженным фазовым углом, местоположение внутренней неисправности может быть определено на основе обнаружения возможных двух квадрантов, испытавших событие неисправности, в то время как два квадранта расположены диагонально. Преимущество заключается в том, что идентифицируется местоположение внутренних неисправностей, что позволяет осуществлять обслуживание батареи конденсаторов более эффективно. Теоретически, изобретенный способ экономит 50% времени, выделенного для обнаружения неисправностей.

Дополнительным преимуществом изобретения является то, что запланированного обслуживания можно избежать в случае, когда внутренние неисправности не обнаружены или число внутренних неисправностей для каждой фазы меньше определенного предела.

Полезно использовать значение тока несимметрии в относительных единицах, поскольку оно не зависит от переходных состояний системы и менее зависимо от температуры и изменения частот батареи конденсаторов. Следовательно, нет необходимости компенсировать сигнал несимметрии вследствие таких изменений или учитывать время задержки для того, чтобы избегать переходных состояний. Это значение в относительных единицах может быть дополнительно масштабировано к предварительно определенному пороговому значению, так что число внутренних неисправностей, соответствующих этому конкретному току несимметрии, может быть определено.

Еще одним преимуществом изобретения является то, что не нужно компенсировать естественный ток несимметрии для того, чтобы получать точный сигнал несимметрии. Это обусловлено тем, что обнаружение основано на скачкообразном изменении тока несимметрии.

Согласно одному варианту осуществления изобретения скачкообразное изменение определяется посредством обнаружения изменения тока несимметрии, отслеживания изменения тока несимметрии и непрерывного сравнения изменения с предварительно определенным пороговым значением. Это достигается посредством начала отслеживания изменения тока несимметрии после короткой задержки, чтобы избегать эффекта резкого изменения во время дугового разряда, за которым следует спад тока несимметрии, и окончания отслеживания, когда ток несимметрии достигает установившегося состояния.

Согласно другому варианту осуществления изобретения обнаруженный фазовый угол нормализуется, например, чтобы быть либо 0°, либо 180°, и число внутренних неисправностей определяется на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и нормализованного фазового угла.

Согласно одному варианту осуществления изобретения сигнал тревоги определяется, когда число внутренних неисправностей в любом из квадрантов превышает первое пороговое значение.

Согласно одному варианту осуществления изобретения сигнал аварийного отключения определяется, когда число внутренних неисправностей в любом из квадрантов превышает второе пороговое значение.

Согласно одному варианту осуществления изобретения первое и второе пороговые значения соответствуют уровням тревоги и аварийного отключения, соответственно. Следовательно, уровень тревоги эквивалентен числу отказавших элементов, блоков или числу сработавших плавких предохранителей в зависимости от конфигурации, которое в каком-либо квадранте превышает предварительно определенный предел избыточного напряжения на концах исправных, это ограничение может быть задано выше естественных ошибок, чтобы работать надежно после внутренних неисправностей. Уровень аварийного отключения - это максимальное число отказавших элементов, сработавших плавких предохранителей или закороченных блоков в зависимости от конфигурации, которое дает в результате избыточное напряжение на исправных конденсаторах, которое не превышает возможности случайного перенапряжения этих конденсаторов. Однако также могут быть введены новые пороговые значения.

Задача изобретения также решается посредством компоновки. Такая компоновка содержит, для каждой отдельной фазы, первый трансформатор тока, второй трансформатор тока, вычислительный блок и обнаруживающий блок. Первый трансформатор тока выполнен с возможностью измерения фазного тока. Второй трансформатор тока размещен в средних точках двух цепей для измерения тока несимметрии. Вычислительный блок выполнен с возможностью непрерывно вычислять RMS-значение измеренного фазного тока, непрерывно вычислять RMS-значение измеренного тока несимметрии и непрерывно вычислять значение тока несимметрии в относительных единицах на основе вычисленного RMS-значения измеренного фазного тока и вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии. Обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаруживать фазовый угол между измеренным фазным током и соответствующим ему измеренным током несимметрии, отслеживать и обнаруживать изменение в вычисленном токе несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах, определять скачкообразное изменение значения тока несимметрии в относительных единицах, определять число внутренних неисправностей и их соответствующие местоположения на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и обнаруженного фазового угла и инициировать сигнал тревоги и/или аварийного отключения, когда определенное число неисправностей элементов превышает первое или второе пороговое значение.

Кроме того, защитный блок дополнительно выполнен с возможностью отслеживать изменение тока несимметрии и непрерывно сравнивать изменение с предварительно определенным пороговым значением, чтобы определять скачкообразное изменение значения тока несимметрии в относительных единицах.

Более того, защитный блок дополнительно выполнен с возможностью нормализовать обнаруженный фазовый угол и определять число внутренних неисправностей и их соответствующие местоположения на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и нормализованного фазового угла.

Согласно варианту осуществления изобретения настоящий способ реализуется посредством компьютерного программного продукта.

Такой компьютерный программный продукт содержит прием измеренного фазного тока, вычисление RMS-значения измеренного фазного тока, прием измеренного тока несимметрии, вычисление RMS-значения измеренного тока несимметрии, обнаружение фазового угла между измеренным фазным током и соответствующим ему измеренным током несимметрии, вычисление значения тока несимметрии в относительных единицах на основе вычисленного RMS-значения измеренного фазного тока и вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии, отслеживание и обнаружение изменения в вычисленном токе несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах, определение скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах, определение числа внутренних неисправностей и местоположения каждой из внутренних неисправностей на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и обнаруженного фазового угла и инициирование сигнала тревоги и/или аварийного отключения, когда определенное общее число внутренних неисправностей превышает первое или второе пороговое значение.

Компьютерный программный продукт может дополнительно содержать нормализацию обнаруженного фазового угла и определение числа внутренних неисправностей и их соответствующие местоположения на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и нормализованного фазового угла.

Такая компьютерная программа может быть загружена со считываемого носителя в память вычислительного процессора, например вычислительного процессора электрического устройства, чтобы обеспечивать эту улучшенную защиту от тока несимметрии для батареи конденсаторов с H-мостом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение теперь поясняется более подробно посредством описания различных вариантов осуществления изобретения и со ссылкой на сопровождающие чертежи.

Фиг. 1 - иллюстрация блок-схемы алгоритма изобретенного способа обнаружения внутренней неисправности в батарее конденсаторов с H-мостом, согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 2a-c иллюстрируют, соответственно, мгновенную форму волны тока несимметрии, соответствующее значение тока несимметрии в относительных единицах и фазовый угол между током несимметрии и фазным током в имитационном испытании в примере, где обнаруживается шесть событий неисправности.

Фиг. 3a-b показывают, соответственно, число внутренних неисправностей в каждом из двух диагонально размещенных групп квадрантов, соответствующих мгновенным событиям неисправности, показанным на фиг. 2a.

Фиг. 4 показывает пример того, как информация для каждого из мгновенных событий неисправности сохраняется и записывается в таблице для решения об отправке сигнала тревоги или аварийного отключения.

Фиг. 5a-b иллюстрируют два сценария, в каждом из которых может проявляться неоднозначное обнаружение.

Фиг. 6 схематично иллюстрирует компоновку для обнаружения внутренней неисправности в батарее конденсаторов, где батарея конденсаторов соединена с трехфазной системой электропитания и каждая фаза включает в себя одну схему защиты с H-мостом, согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 6a-b иллюстрируют примерную схематичную конфигурацию конденсаторных блоков, размещенных в каждом из квадрантов, и схематичную конфигурацию емкостных элементов в каждом из конденсаторных блоков батареи конденсаторов, показанной на фиг. 6.

Фиг. 7 показывает пример таблицы соответствия, представляющей число внутренних неисправностей, соответствующих скачкообразному изменению значения тока несимметрии в относительных единицах, на основе компоновки, показанной на фиг. 6a-b.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со ссылкой на фиг. 6 и фиг. 1 описывается схема 1 для обнаружения внутренней неисправности батареи конденсаторов, соединенной, на одном своем конце выводов, с трехфазной (A, B и C) системой электропитания и заземленной на другом конце выводов. Батарея 3A, 3B, 3C конденсаторов с H-мостом соединена с каждой из фаз A, B и C. Каждый из H-мостов включает в себя первый трансформатор CT1A, CT1B, CT1C тока, размещенный для измерения каждого соответствующего фазного тока Ipha, Iphb, Iphc на этапе 100, второй трансформатор CT2A, CT2B, CT2C тока, размещенный для измерения каждого соответствующего тока Iuna, Iunb, Iunc несимметрии на этапе 120, вычислительный блок 4 и блок 6 защиты.

Второй трансформатор CT2A, CT2B, CT2C тока размещен в средней точке двух цепей, таким образом, конденсаторные блоки делятся на четыре квадранта Q1a, Q2a, Q3a и Q4a; Q1b, Q2b, Q3b и Q4b; Q1c, Q2c, Q3c и Q4c. Конденсаторные блоки в каждом квадранте могут быть параллельно и/или последовательно соединены, каждый включает в себя множество емкостных элементов, соединенных параллельно и/или последовательно.

В этом примере, в каждой из фаз, батарея 3A, 3B, 3C конденсаторов разделена на 4 идентичных квадранта; каждый квадрант имеет 14 конденсаторных блоков, распределенных по трем цепям. Две цепи имеют две последовательные группы из двух параллельно соединенных конденсаторных блоков, в то время как третья цепь имеет две последовательные группы из трех параллельно соединенных конденсаторных блоков, как показано на фиг. 6a.

Каждый конденсаторный блок имеет две последовательные группы из 19 параллельно соединенных емкостных элементов, как показано на фиг. 6b.

Однако следует понимать, что изобретение не ограничено этой конкретной конфигурацией. Следует понимать, что, хотя в этом конкретном примере батарея конденсаторов имеет конфигурацию с внутренними плавкими предохранителями, но изобретение также применимо к любому типу батарей конденсаторов, снабженных плавкими предохранителями, без плавких предохранителей или снабженных неплавкими предохранителями. Кроме того, батарея конденсаторов может быть незаземленной.

Вычислительный блок 4 соединен с первым и вторым трансформаторами CT1A и CT2A, CT1B и CT2B, CT1C и CT2C тока каждой отдельной фазы A, B, C. Кроме того, вычислительный блок 4 выполнен с возможностью принимать измерения от первого и второго трансформаторов тока и вычислять, соответственно, RMS-значения измеренного фазного тока и тока несимметрии на этапах 110 и 130. Все измерения основаны на выборке мгновенных токов. Выборки могут удерживаться в буфере в памяти для предоставления движущегося моментального снимка входного сигнала и применения рекурсивных вычислений RMS-тока.

Кроме того, значение тока несимметрии в относительных единицах может быть вычислено на основе соотношения между вычисленным RMS-значением измеренного тока несимметрии и измеренного или вычисленного RMS-значения фазного тока следующим образом на этапе 145:

Дополнительно, это значение в относительных единицах может быть дополнительно масштабировано к предварительно указанному значению, содержащемуся в таблице соответствия, см. фиг. 7 в качестве примера, при этом для каждого из значений тока несимметрии предоставляется число внутренних неисправностей, соответствующих этому значению. В этом примере число внутренних неисправностей представлено как число перегоревших предохранителей или отказавших элементов.

Защитный блок 6 выполнен с возможностью обмениваться данными с вычислительным блоком 4, и его главной функцией является определение числа внутренних неисправностей и местоположения неисправностей и отправка сигнала тревоги и/или сигнала аварийного отключения на основе числа внутренних неисправностей. Сигналы тревоги или аварийного отключения могут быть отправлены на операторский дисплей наблюдения на автоматической подстанции, а сигнал аварийного отключения может быть отправлен дополнительно прерывателю цепи для того, чтобы разъединять электрическое соединение с системой электропитания. В этом варианте осуществления вычислительный блок 4 и защитный блок 6 сконфигурированы как два отдельных модуля. Однако они могут быть объединены как один блок в качестве интеллектуального электронного устройства (IED). Вычислительный блок 4 и защитный блок 6 могут быть, например, вычислительным микропроцессором, процессором цифровых сигналов, программируемой пользователем вентильной матрицей или стандартным компьютером.

На основе вычисленных RMS-значений измеренного фазного тока и измеренного тока несимметрии защитный блок 6 дополнительно выполнен с возможностью обнаруживать фазовый угол на этапе 140. Вычисленный фазовый угол может быть дополнительно нормализован, чтобы быть либо 0°, либо 180° для того, чтобы обнаруживать возможные два квадранта, испытывающие событие неисправности.

В конфигурации, показанной на фиг. 6b, в случае когда квадрант Q2a или Q3a испытывает событие неисправности, ток несимметрии находится в фазе с фазным током, означая, что вычисленный фазовый угол равен 0°. В случае когда квадрант Q1a или Q4a испытывает событие неисправности, ток несимметрии находится не в фазе с фазным током, означая, что вычисленный фазовый угол равен 180°. Однако для батарей конденсаторов без плавких предохранителей и снабженных неплавкими предохранителями угол тока несимметрии, эквивалентный неисправностям элементов в квадрантах, противоположен этому примеру, т.е. 180° эквивалентно неисправностям элементов в квадрантах Q2a или Q3a, в то время как 0° эквивалентно неисправностям элементов в Q1a или Q4a.

Изобретение дополнительно поясняется со ссылкой на примеры, показанные на фиг. 2a-c. В этом эксперименте батарея 3A конденсаторов, соединенная с фазой A, испытала 6 событий неисправности в фазе A, начиная от момента времени на 0,9 секунды, события неисправности различаются посредством возникновений 6 пиков тока, как показано на фиг. 2a. Эти пики происходят во время дугового разряда через емкостные элементы перед разрывом плавкой вставки предохранителя. Каждое из событий неисправности распознается как изменение тока несимметрии между текущей вычисленной величиной тока несимметрии и предыдущей вычисленной величиной тока несимметрии на этапе 160. Такое изменение может быть определено посредством сравнения изменения с предварительно определенным пороговым значением, и если изменение больше порогового значения, изменение будет отслеживаться. Фиг. 2b иллюстрирует соответствующую форму волны тока несимметрии в относительных единицах фазного тока и типичных пределов тока, заданных для сигналов тревоги и аварийного отключения, соответствующих одному или десяти внутренним неисправностям. Фиг. 2c показывает фазовые углы между током несимметрии и фазным током, соответствующие событиям неисправности. Отслеживая изменение, пока оно не достигнет своего установившегося состояния, скачкообразное изменение тока несимметрии определяется на этапе 170.

На основе скачкообразного изменения тока несимметрии и обнаруженного фазового угла между током несимметрии и фазным током число внутренних неисправностей и местоположение каждой из неисправностей может быть определено на этапе 200.

Фиг. 5a и 5b поясняют два примера сценариев, каждый может давать в результате неопределенное обнаружение. Первый пример, показанный на фиг. 5a, является сценарием, в котором имеет место эффект полной взаимной компенсации. Первое событие неисправности состоит из двух сгоревших предохранителей в квадранте Q1a на 1,15 секунде, а второе событие неисправности на 2,05 секунде состоит из двух сгоревших предохранителей в любом из квадрантов Q2a или Q3a. Поскольку ток несимметрии существует в противоположном направлении к току предыдущей неисправности, он дает в результате сведение сигнала несимметрии к нулю и неопределенное обнаружение вследствие того, что ток несимметрии не был обнаружен. Второй пример, показанный на фиг. 5b, состоит из второго сценария, в котором имеет место эффект частичной взаимной компенсации. Один элемент отказывает в Q1a на 1,0 секунде, а 0,8 секунды позже два элемента отказывают одновременно, но в соседнем квадранте (либо в Q2a, либо в Q3a). Ток несимметрии, вызванный вторым событием неисправности, почти вдвое больше, чем вызванный первым событием, но в противоположном направлении, что делает невидимым изменение в токе несимметрии.

Эти неопределенности разрешаются посредством варианта осуществления изобретенного способа. В случае когда скачкообразное изменение тока несимметрии обнаруживается, число внутренних неисправностей может быть получено на основе таблицы соответствия, которая приведена в качестве примера на фиг. 7. Затем местоположение внутренних неисправностей определяется посредством вычисления числа внутренних неисправностей, которое может быть записано посредством счетчика внутренних неисправностей в любом из квадрантов Q1a или Q4a или в любом из квадрантов Q2a или Q3a. Счетчик затем обновляется соответствующим образом. Эта ветвь алгоритма решает проблему эффекта полной взаимной компенсации.

В случае когда нет скачкообразного изменения тока несимметрии и, по меньшей мере, одно событие неисправности было обнаружено, это означает, что эффект частичной взаимной компенсации обнаружен, и затем определяется число внутренних неисправностей.

Фиг. 3a и 3b вместе показывают пример числа внутренних неисправностей, записанных в каждой из двух диагонально размещенных групп квадрантов, соответствующих каждому из мгновенных событий неисправности, при этом вводятся новые пределы сигналов тревоги и аварийного отключения. Новые пределы первоначально задаются на основе максимально допустимого числа внутренних неисправностей, прежде чем напряжение на оставшихся исправных конденсаторах превысит возможности случайного перенапряжения этих конденсаторов. В этом примере предел тревоги задается после двух внутренних неисправностей, а сигнал аварийного отключения задается после десяти внутренних неисправностей.

В обоих из вышеописанных случаев процедура заканчивается обновлением информации о внутренних неисправностях в таблице, показанной на фиг. 4, при этом информация о числе внутренних неисправностей и местоположении неисправностей обновляется соответствующим образом для принятия решения об отправке сигнала тревоги и/или аварийного отключения, этап 210.

Представленное изобретение преодолевает проблемы неопределенности, получающейся в результате неправильного обнаружения. Это неправильное обнаружение происходит вследствие эффекта взаимной компенсации, который приводит в результате к отсутствию отправки правильного сигнала аварийного отключения, как пояснено в примере, демонстрированном на фиг. 2b. Изобретение преодолевает эту проблему, как пояснено и продемонстрировано на фиг. 3a и 3b, отправляя правильные сигналы тревоги и аварийного отключения. Сигналы действий, например сигналы тревоги и аварийного отключения, отправляются на основе вновь введенных пределов. Новые пределы основаны на фактическом числе неисправностей вместо существующего способа, который зависит от самого последнего измеренного тока несимметрии.

1. Способ обнаружения внутренней неисправности в батарее конденсаторов, подключенной в одной фазе или нескольких фазах, соответственно, к системе электропитания, при этом батарея конденсаторов содержит множество конденсаторных блоков, каждый из конденсаторных блоков содержит множество емкостных элементов, соединенных параллельно и/или последовательно, и при этом конденсаторные блоки разделены на две цепи, и трансформатор тока размещен в средних точках двух цепей так, что конденсаторные блоки дополнительно разделены на четыре квадранта, и внутренняя неисправность(и) может происходить в одном или более емкостных элементах или блоках и затрагивает один или более емкостных квадрантов, причем способ содержит этапы, на которых:
- измеряют фазный ток каждой отдельной фазы батареи конденсаторов (100),
- непрерывно вычисляют среднеквадратичное значение, обозначаемое RMS-значением, измеренного фазного тока (110),
- измеряют ток несимметрии (120),
- непрерывно вычисляют RMS-значение измеренного тока несимметрии (130), и
- обнаруживают фазовый угол между измеренным фазным током и его соответствующим измеренным током несимметрии (140),
отличающийся тем, что способ дополнительно содержит этапы, на которых:
- непрерывно вычисляют значение тока несимметрии в относительных единицах на основе вычисленного RMS-значения измеренного фазного тока и вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии (145),
- отслеживают и обнаруживают изменение в вычисленном токе несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах (160),
- определяют скачкообразное изменение значения тока несимметрии в относительных единицах (170),
- определяют число внутренних неисправностей на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и обнаруженного фазового угла (200).

2. Способ по п. 1, при этом способ дополнительно содержит этапы, на которых отслеживают изменение тока несимметрии и непрерывно сравнивают изменение с предварительно определенным пороговым значением с тем, чтобы определять скачкообразное изменение значения тока несимметрии в относительных единицах.

3. Способ по п. 1, при этом способ дополнительно содержит этап, на котором локализуют внутренние неисправности до двух возможных квадрантов на основе обнаруженного фазового угла.

4. Способ по п. 3, при этом способ дополнительно содержит этапы, на которых нормализуют обнаруженный фазовый угол и определяют число внутренних неисправностей и их соответствующие местоположения на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и нормализованного фазового угла.

5. Способ по п. 3, при этом сигнал тревоги инициируют, когда число внутренних неисправностей в любой группе из двух квадрантов превышает первое пороговое значение.

6. Способ по п. 3, при этом сигнал аварийного отключения инициируют, когда число внутренних неисправностей в любой группе из двух квадрантов превышает второе пороговое значение.

7. Способ по п. 1, при этом способ дополнительно содержит этап, на котором инициируют сигнал тревоги и/или аварийного отключения, когда определенное общее число неисправностей внутренних элементов превышает первое или второе пороговое значение (210).

8. Способ по любому из пп. 5-7, при этом первое и второе пороговые значения соответствуют нижнему и верхнему пределу допустимого избыточного напряжения на концах оставшихся исправных частей батареи конденсаторов.

9. Компоновка (1) для обнаружения внутренней неисправности в батарее конденсаторов, подключенной в одной фазе или нескольких фазах (А, В, С), соответственно, к системе электропитания, при этом батарея конденсаторов содержит множество конденсаторных блоков, а каждый из конденсаторных блоков содержит множество емкостных элементов, и при этом конденсаторные блоки дополнительно разделены на две цепи и каждая дополнительно разделена на две группы в средней точке, так что конденсаторные блоки разделены на четыре квадранта (Q1a, Q2a, Q3a и Q4a; Q1b, Q2b, Q3b и Q4b; Q1c, Q2c, Q3c и Q4c), и внутренняя неисправность(и) может происходить в одном или более емкостных элементах или блоках и затрагивать один или более емкостных квадрантов, причем компоновка (1) содержит:
- первый трансформатор (СТ, СТ, CT1C) тока, выполненный с возможностью измерения фазного тока каждой отдельной фазы,
- второй трансформатор (СТ, СТ, СТ) тока, размещенный в средних точках двух цепей для измерения тока несимметрии каждой отдельной фазы,
- вычислительный блок (4), выполненный с возможностью:
- непрерывно вычислять RMS-значение измеренного фазного тока,
- непрерывно вычислять RMS-значение измеренного тока несимметрии,
- непрерывно вычислять значение тока несимметрии в относительных единицах на основе вычисленного RMS-значения измеренного фазного тока и вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии, и
- защитный блок (6), выполненный с возможностью:
- обнаруживать фазовый угол между измеренным фазным током и его соответствующим измеренным током несимметрии, и
- отслеживать и обнаруживать изменение в вычисленном токе несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах,
отличающаяся тем, что защитный блок (6) дополнительно выполнен с возможностью:
- определять скачкообразное изменение значения тока несимметрии в относительных единицах,
- определять число внутренних неисправностей на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и обнаруженного фазового угла.

10. Компоновка по п. 9, при этом защитный блок (6) дополнительно выполнен с возможностью отслеживать изменение тока несимметрии и непрерывно сравнивать изменение с предварительно определенным пороговым значением с тем, чтобы определять скачкообразное изменение значения тока несимметрии в относительных единицах.

11. Компоновка по п. 9, при этом защитный блок (6) дополнительно выполнен с возможностью локализовать внутренние неисправности до двух возможных квадрантов на основе обнаруженного фазового угла.

12. Компоновка по п. 11, при этом защитный блок (6) дополнительно выполнен с возможностью нормализовать обнаруженный фазовый угол и определять число внутренних неисправностей и их соответствующие местоположения на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и нормализованного фазового угла.

13. Компоновка по п. 9, при этом защитный блок (6) дополнительно выполнен с возможностью инициировать сигнал тревоги и/или аварийного отключения, когда определенное число неисправностей элементов превышает первое или второе пороговое значение.

14. Компьютерный считываемый носитель для обнаружения внутренней неисправности в батарее конденсаторов, подключенной в одной фазе или нескольких фазах, соответственно, к системе электропитания, при этом батарея конденсаторов содержит множество конденсаторных блоков, каждый из конденсаторных блоков содержит множество емкостных элементов, соединенных параллельно и/или последовательно, и при этом конденсаторные блоки разделены на две цепи, и трансформатор тока размещен в средних точках двух цепей, так что конденсаторные блоки дополнительно разделены на четыре квадранта, и внутренняя неисправность(и) может происходить в одном или более емкостных элементах или блоках и затрагивает один или более емкостных квадрантов, при этом компьютерный считываемый носитель содержит записанное на нем программное обеспечение, причем программное обеспечение при исполнении посредством компьютера предписывает компьютеру выполнять этапы, на которых:
- принимают измеренный фазный ток,
- вычисляют RMS-значение измеренного фазного тока,
- принимают измеренный ток несимметрии,
- вычисляют RMS-значение измеренного тока несимметрии,
- обнаруживают фазовый угол между измеренным фазным током и его соответствующим измеренным током несимметрии,
- вычисляют значение тока несимметрии в относительных единицах на основе вычисленного RMS-значения измеренного фазного тока и вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии,
- отслеживают и обнаруживают изменение в вычисленном токе несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах,
- определяют скачкообразное изменение значения тока несимметрии в относительных единицах,
- определяют число внутренних неисправностей на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и обнаруженного фазового угла.

15. Компьютерный считываемый носитель по п. 14, при этом компьютерный считываемый носитель дополнительно содержит программное обеспечение, чтобы выполнять этап, на котором локализуют внутренние неисправности до двух возможных квадрантов на основе обнаруженного фазового угла.

16. Компьютерный считываемый носитель по п. 15, при этом компьютерный считываемый носитель дополнительно содержит программное обеспечение, чтобы выполнять этапы, на которых нормализуют обнаруженный фазовый угол и определяют число внутренних неисправностей и их соответствующие местоположения на основе определенного скачкообразного изменения значения тока несимметрии в относительных единицах и нормализованного фазового угла.

17. Компьютерный считываемый носитель по п. 14, при этом компьютерный считываемый носитель дополнительно содержит программное обеспечение, чтобы выполнять этап, на котором инициируют сигнал тревоги и/или аварийного отключения, когда определенное общее число внутренних неисправностей превышает первое или второе пороговое значение.

18. Компьютерный считываемый носитель, имеющий программу, записанную на нем, причем программа должна инструктировать компьютер выполнять этапы по пп. 10 и 11, когда упомянутая программа запускается на компьютере.



 

Похожие патенты:

Устройство для защиты конденсаторной батареи с заземленной нейтралью от внутренних повреждений содержит микропроцессорное устройство, обрабатывающее цифровые значения токов небаланса, токов, измеренных на вводе в батарею конденсаторов, напряжений, измеренных на шинах подстанции.

Изобретение относится к энергетике, а именно к устройствам накопления электрической энергии на основе суперконденсаторов, и может быть использовано в альтернативных источниках энергии, например гибридных двигателях транспортных средств, ветряных и солнечных генераторах и др.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока системы 25 кВ и 2×25 кВ. .

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники. .

Изобретение относится к схемному устройству с, по меньшей мере, двумя конденсаторами (C1 С(n)), которые подключены последовательно к напряжению (U), причем параллельно к, по меньшей мере, двум конденсаторам (C1 С(n)) расположен делитель напряжения, который делит напряжение (U) на, по меньшей мере, два конденсатора (C 1 С(n)), причем параллельно каждому конденсатору (Ci) последовательно с последовательным сопротивлением (RSi) размещен защитный диод (Di), причем пороговое напряжение защитного диода (Di) меньше, чем допустимое напряжение размещенного параллельно защитному диоду конденсатора (Ci), и, кроме того, параллельно последовательным сопротивлениям (RS1 RS(n)) размещена защитная схема.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к защите силовых трансформаторов и батарей статических конденсаторов в высоковольтных сетях 6÷220 кВ с изолированной нейтралью от воздействия внутренних перенапряжений.

Изобретение относится к области высоковольтной техники, в частности к силовым конденсаторным батареям (ОКБ) в энергосистемах. .

Изобретение относится к области высоковольтной техники, в частности к силовым конденсаторным батареям (СКБ) в энергосистемах. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите и сигнализации, и может быть использовано для защиты силовых конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности нагрузок, а также многозвенных фильтров высших гармоник преобразовательных подстанций электропередачи постоянного тока, статических компенсаторов дуговых сталеплавильных печей и приводов крупных прокатных станов с общей или индивидуальной коммутацией фильтров.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для фильтрации выходного напряжения источника, предназначенного для питания различных потребителей постоянного тока. Технический результат заключается в уменьшении токовых нагрузок на питающий источник напряжения постоянного тока и на конденсатор нагрузки, повышение надежности работы и расширение области применения. Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки содержит источник напряжения постоянного тока, ключ, два блока управления, устройство задания напряжения, блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, датчик тока, клеммы для подключения конденсатора нагрузки, реактор и диод. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах для ограничения тока заряда конденсатора нагрузки, применяемых, в частности, для фильтрации выходного напряжения источника, предназначенного для питания различных потребителей постоянного тока. Технический результат заключается в уменьшении токовых нагрузок на питающий источник напряжения постоянного тока и на конденсатор нагрузки и защите питающего источника напряжения от токов перегрузки, что повышает надежность работы и расширяет область применения устройства. Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки содержит источник напряжения постоянного тока, ключ, блок управления, устройство задания тока, блок временной задержки, датчик тока, клеммы для подключения конденсатора нагрузки, а также реактор и диод. 2 ил.
Наверх