СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ РЕЗЕРВНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ К КОРОТКИМ ЗАМЫКАНИЯМ Российский патент 2011 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите, и может быть использовано для резервной защиты электроустановок от коротких замыканий (КЗ).

Известен способ повышения чувствительности резервной защиты электроустановки к коротким замыканиям, при котором измеряют токи в фазах электроустановки и междуфазные напряжения и действуют на ее отключение, если токи превышают установленное значение, а напряжения оказываются меньше заданной величины (Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 2006. - 639 с.: ил.).

Однако по этому способу необходимо отстраиваться от номинальных токов электроустановки. Следовательно он не обеспечивает выявление КЗ с токами, меньше номинальных, что значительно ограничивает его чувствительность.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ повышения чувствительности резервной защиты электроустановки к коротким замыканиям, при котором измеряют токи в ее фазах, выявляют двухфазные КЗ, например с помощью фильтра тока обратной последовательности, начинают отсчет времени t_cp срабатывания защиты, в течение времени отсчета контролируют наличие этого КЗ и при его исчезновении прекращают отсчет, а при наличии по окончании отсчета отключают электроустановку (Линт Г.Э. Симметричные составляющие в релейной защите. - М.: Энергоатомиздат, 1996. - 160 с.: ил. (Б-ка электромонтера, вып.654)).

Недостатком способа является невозможность его применения для защиты электроустановок от трехфазных КЗ, поскольку при таких КЗ токи обратной последовательности, по наличию которых выявляют двухфазные КЗ, появляются лишь в первый момент КЗ на время 0,01-0,02 с.

Задача изобретения - разработать способ, который позволит выявлять удаленные трехфазные КЗ.

Технический результат изобретения - расширение области использования способа путем обеспечения выявления трехфазных КЗ.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения чувствительности резервной защиты электроустановки к коротким замыканиям, при котором измеряют токи в ее фазах, выявляют двухфазные КЗ, например с помощью фильтра тока обратной последовательности, начинают отсчет времени t_cp срабатывания защиты, в течение времени отсчета контролируют наличие этого КЗ и при его исчезновении прекращают отсчет, а при наличии по окончании отсчета отключают электроустановку, дополнительно, после измерения токов в фазах, выделяют из них максимальный ток I_max, и, если не было выявлено двухфазное КЗ, то записывают его значение в память, предназначенную для хранения величины максимального тока I_hmax нагрузки, и периодически, через каждый промежуток времени t₁, повторяют указанные операции; а если выявлено двухфазное КЗ, записывают значение I_max в память, предназначенную для хранения величины максимального тока I_KЗMAX короткого замыкания, и через заданные интервалы времени t₂ продолжают измерения; после исчезновения КЗ находят разность I_P1 последних зафиксированных в памяти значений I_KЗMAX и I_hmax, запоминают ее, находят разность I_P2 между током I_max для текущего момента времени и последним зафиксированным в памяти током I_hmax, и, если не выполняется условие I_P2≥k_OTCI_P1 (k_OTC - коэффициент отстройки), то прекращают отсчет t_cp, a если выполняется, то продолжают отсчет t_cp, через время t₂ повторяют измерение токов фаз, выделение тока I_max, вычисление I_P2, проверку условия I_P2≥k_OTCI_P1 до тех пор, пока оно не перестанет выполняться.

Устройство, реализующее данный способ, изображено на фиг.1. Устройство содержит преобразователи тока в напряжение (ПТН) 1, 2, 3, выполненные в виде трансреакторов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, микропроцессор (МП) 5, исполнительный орган 6, причем ПТН 1, 2, 3 подключены к трансформаторам тока фаз А, В, С защищаемой электроустановки, выходы ПТН 1, 2, 3 подключены ко входам АЦП 4, выход АЦП 4 подключен ко входу данных МП 5, выход МП 5 - к исполнительному органу 6, который дает сигнал на отключение выключателя электроустановки (не показан).

Устройство работает следующим образом. Во всех режимах напряжения на выходах ПТН 1, 2, 3 пропорциональны токам в фазах А, В, С защищаемой электроустановки. Эти напряжения преобразуются АЦП 4 в двоичные данные, которые поступают на вход данных МП 5. Он выполняет последовательность операций в соответствии со структурной схемой, приведенной на фиг.2, и при КЗ выдает сигнал на исполнительный орган 6, действующий на отключение выключателя защищаемой электроустановки.

Рассмотрим последовательность операций (фиг.2), выполняемых МП. Он обеспечивает цифровую фильтрацию двоичных данных, поступающих от АЦП 4 (этап 7), находит действующие значения токов I_A, I_B, I_C в фазах А, В, С защищаемой электроустановки (этап 8), затем из токов I_A, I_B, I_C определяет максимальный ток I_max (этап 9). Далее МП выявляет наличие двухфазного КЗ (используя алгоритм фильтра тока обратной последовательности (ФТОП), этап 10)). Если КЗ не возникло, то происходит переход к проверке значения переменной М (переменной М присваивается единица, если было выявлено двухфазное КЗ). Если значение М не равно единице (ранее не было выявлено двухфазное КЗ), то переменной I_hmax (предназначенной для хранения величины максимального тока нагрузки) на этапе 12 в памяти МП присваивается значение I_max (максимального из токов фаз А, В, С при последнем измерении). Затем через выдержку t₁ времени (этап 13) происходит переход к началу алгоритма. Если возникло двухфазное КЗ, то происходит пуск органа выдержки времени (ОВ, этап 14), переменной М присваивается значение единицы (этап 15), а переменной I_KЗMAX (предназначенной для хранения величины максимального тока двухфазного КЗ) присваивается текущее значение I_max (этап 16). Далее проверяется текущее время t отсчета ОВ (этап 17), и если оно не превышает время t_cp срабатывания защиты, то через выдержку времени t₂ (этап 18) происходит переход к началу алгоритма. Цикл повторяется до тех пор, пока на этапе 17 время t не превысит время t_cp, после чего происходит отключение выключателя защищаемой электроустановки (исполнительным органом 6), останов и обнуление ОВ, обнуление переменной М (этап 19).

Если двухфазное КЗ перешло в трехфазное, то алгоритм ФТОП на этапе 10 его выявлять не будет, МП перейдет к выполнению этапа 11. Поскольку ранее было зафиксировано двухфазное КЗ, переменная М имеет значение единицы, поэтому находится разность I_P1 последнего зафиксированного в памяти максимального тока I_KЗMAX двухфазного КЗ с последним зафиксированным в доаварийном режиме максимальным током I_hmax нагрузки (этап 20). Далее находится разность I_P2 максимального тока I_max, полученного для текущего момента времени (после того, как КЗ из двухфазного перешло в трехфазное), с последним зафиксированным в доаварийном режиме максимальным током I_hmax нагрузки (этап 21). Если условие I_P2≥k_OTCI_P1 (k_OTC - коэффициент отстройки) выполняется, то на этапе 22 происходит переход к этапу 17, после которого последовательность операций описана выше. Если данное условие не выполняется, например вследствие отключения КЗ другими защитами, то происходит останов и обнуление ОВ, обнуление переменной М (этап 23).

Рассмотрим режим самозапуска двигателей, питаемых защищаемой электроустановкой, после отключения двухфазного КЗ. Тогда в цикле на этапе 10 происходит переход к этапу 11, поскольку нет двухфазного КЗ. Далее выполняются этапы 20, 21, 22. Величина I_max будет равна току самозапуска, поэтому в первые моменты времени рассматриваемого режима условие I_P2≥k_OTCI_P1 будет выполняться. Поскольку время t_cp еще не истекло, через выдержку времени t₂ (этап 18) произойдет переход к началу алгоритма. За это время ток самозапуска уменьшится, соответственно уменьшится I_max (на этапе 9) и I_P2 (на этапе 21). Цикл из последовательности этапов 8, 9, 10, 11, 20, 21, 22, 17, 18 будет повторяться до тех пор, пока не перестанет выполняться условие I_P2≥k_OTCI_P1 (на этапе 22) или время t отсчета ОВ не превысит t_cp (на этапе 17). В первом случае произойдет переход к этапу 23, во втором - к этапу 19.

Технико-экономическая эффективность заключается в том, что предлагаемый способ позволяет создавать резервные защиты, способные выявлять удаленные КЗ, тем самым исключая возможность разрушения электроустановки, коммутационных элементов в случае отказа или недостаточной чувствительности основных защит.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей защиты. В способе, согласно которому измеряют токи в фазах сети, выявляют двухфазные КЗ, начинают отсчет времени t_cp срабатывания защиты, в течение времени отсчета контролируют наличие этого КЗ и при его исчезновении прекращают отсчет, а при наличии по окончании отсчета отключают электроустановку, дополнительно, после измерения токов, выделяют из них максимальный ток i_max, и, если не было выявлено двухфазное КЗ, то записывают его значение в память, предназначенную для хранения величины максимального тока i_hmax нагрузки, и периодически через каждый промежуток времени t₁, повторяют указанные операции; а если выявлено двухфазное КЗ, записывают значение i_max в память, предназначенную для хранения величины максимального тока КЗ-i_kзmax, и через заданные интервалы времени t₂ продолжают измерения; после исчезновения КЗ находят разность I_P1 последних зафиксированных в памяти значений I_КЗМАХ и i_hmax, запоминают ее, находят разность I_P2 между током i_max для текущего момента времени и последним зафиксированным i_hmax, и, если не выполняется условие I_P2≥k_OTCI_P1 (k_ОТС - коэффициент отстройки), то прекращают отсчет t_cp, а если выполняется, то отсчет продолжают и через время t₂ повторяют измерение токов фаз, выделение тока i_max, вычисление I_P2, проверку условия I_P2≥k_OTCI_P1 до тех пор, пока оно не перестанет выполняться. 2 ил.

Способ повышения чувствительности резервной защиты электроустановки к коротким замыканиям, при котором измеряют токи в ее фазах, выявляют двухфазные КЗ, например с помощью фильтра тока обратной последовательности, начинают отсчет времени t_CP срабатывания защиты, в течение времени отсчета контролируют наличие этого КЗ и при его исчезновении прекращают отсчет, а при наличии по окончании отсчета отключают электроустановку, отличающийся тем, что после измерения токов в фазах выделяют из них максимальный ток I_MAX, и, если не было выявлено двухфазное КЗ, то записывают его значение в память, предназначенную для хранения величины максимального тока I_HMAX нагрузки, и периодически через каждый промежуток времени t₁ повторяют указанные операции; а если выявлено двухфазное КЗ записывают значение I_MAX в память, предназначенную для хранения величины максимального тока I_КЗMAX короткого замыкания, и через заданные интервалы времени t₂ продолжают измерения; после исчезновения КЗ находят разность I_P1 последних зафиксированных в памяти значений I_КЗМАХ и I_HMAX, запоминают ее, находят разность I_P2 между током I_MAX для текущего момента времени и последним зафиксированным в памяти током I_HMAX, и, если не выполняется условие I_P2≥k_OTCI_P1 (k_OTC - коэффициент отстройки), то прекращают отсчет t_CP, а если выполняется, то продолжают отсчет t_CP, через время t₂ повторяют измерение токов фаз, выделение тока I_MAX, вычисление I_P2, проверку условия I_P2≥k_OTCI_P1 до тех пор, пока оно не перестанет выполняться.