СПОСОБ И КОМПОНОВКА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ НЕИСПРАВНОСТИ В Y-Y-СОЕДИНЕННОЙ БАТАРЕЕ КОНДЕНСАТОРОВ Российский патент 2015 года по МПК G01R31/36 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области обнаружения внутренней неисправности в батарее конденсаторов, подключенной к системе электропитания. Оно относится, в частности, к обнаружению внутренней неисправности в Y-Y-соединенной батарее конденсаторов. Батарея конденсаторов дополнительно разделена на две Y-соединенные (по схеме «звезда») секции. Каждая из Y-секций соединена, на одном конце, с каждой индивидуальной фазой многофазной системы электропитания, а на другом конце Y-секция соединена, чтобы формировать нейтральную точку. Следовательно, ветвь, включающая в себя последовательно и параллельно соединенные конденсаторные блоки, сформирована для каждой из фаз. Это означает, что для трехфазной системы каждая из Y-секций имеет три ветви. Кроме того, каждый из конденсаторных блоков содержит множество емкостных элементов, соединенных параллельно и/или последовательно. Внутренняя неисправность может быть в одном или более емкостных элементах или блоках и затрагивает одну или более ветвей 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. Установка батарей конденсаторов оказывает другие полезные действия на систему, такие как улучшение профиля напряжения, лучшую регулировку напряжения, уменьшение потерь и уменьшение или откладывание инвестиций в производительность 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 напряженное состояние. 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: заземленный Y, незаземленный Y, "треугольник" и однофазное соединение. Например, компоновка Y-Y является предпочтительной конфигурацией для защиты от несимметрии большой батареи конденсаторов, которая разделена на две Y-секции. Эта схема основана на измерении тока, например трансформаторе тока, размещенном между двумя нейтралями. Любое изменение в емкости какого-либо конденсатора будет вызывать изменение в измерении тока.

Однако существующие защиты от несимметрии, основанные на двойной Y-схеме, склонны некорректно обнаруживать число неисправностей элементов и/или блоков. Например, в трехфазной батарее конденсаторов внутренняя неисправность в одной ветви может компенсировать сигнал несимметрии, сформированный другой внутренней неисправностью в другой ветви, совместно использующей ту же фазу, но в другой секции батареи, в то время как неисправности, затрагивающие три ветви в одной и той же Y-секции, могут приводить в результате к отсутствию сигнала несимметрии. Следовательно, ни сигнал предупреждения, ни сигнал аварийного отключения не будет отправлен, когда он должен быть. Необнаруженные неисправности внутри батареи конденсаторов могут вести к риску пожара или взрыва, сопровождаемого сильным повреждением всей батареи конденсаторов, до принятия раннего предупредительного действия. Кроме того, неисправности в двух фазах одной Y-секции могут быть видны как неисправность в третьей фазе другой Y-секции, что может приводить в результате к эффекту чрезмерного аккумулирования, как если бы уже существовала неисправность в этой третьей фазе. Этот эффект чрезмерного аккумулирования может дополнительно приводить в результате к ложным сигналам тревоги или аварийного отключения.

В документе "Principles of shunt capacitor bank application and protection" Сатиша Саминени и др., опубликованном в PROTECTIVE RELAY ENGINEERS, 63-я ежегодная конференция для IEEE 2010 год, Пискатавэй, штат Нью-Джерси, США, 29 марта 2010 года (29-03-2010), страницы 1-14, XP03f679144, ISBN: 978-1-4244-6073-1. (D1) раскрыты некоторые способы обнаружения неисправности батарей конденсаторов.

D1, в частности, описывает способ обнаружения неисправности в незаземленной батарее конденсаторов со схемой "двойная звезда". D1 обсуждает определение фазы батареи конденсаторов, где происходит неисправность, и число отказавших блоков в фазе. Способ из D1 использует ток прямой последовательности в качестве контрольного для идентификации того, в какой фазе произошла неисправность. Угол измеренного тока несимметрии нейтрального внутреннего соединения между двумя параллельными "звездами" определяется относительно симметричного тока прямой последовательности. 0 градусов указывает неисправность в фазе A, 60 градусов указывает фазу B, 120 градусов - фазу C, 180 градусов - фазу A, 240 градусов - фазу B и 300 градусов указывает фазу C. Однако, после того как произошла первая неисправность, токи больше не будут симметричными и способ не раскрывает, как находить последующие неисправности, следующие за первой неисправностью. Способ из D1 ограничен отысканием отказавшей фазы одного события неисправности и не оставляет ключ к тому, как идентифицировать последующие неисправности.

Следовательно, очень желательна более чувствительная и точная схема обнаружения и защиты от внутренней неисправности.

ЗАДАЧА И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является предоставление улучшенного способа обнаружения внутренней неисправности в двойной Y-соединенной батарее конденсаторов с более хорошей достоверностью и чувствительностью.

Эта задача решается посредством способа обнаружения тока несимметрии, который определен в преамбуле пункта 1 формулы, характеризующегося тем, что способ дополнительно содержит 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 тока несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах, определение скачкообразного изменения вектора тока несимметрии, нормализацию фазного угла определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии, который должен быть равен одному значению из 0°, 60°, 120°, 180°, 240° и 300°, идентификацию числа внутренних неисправностей и их соответствующих местоположений на основе определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии и нормализованного фазного угла и инициирование сигнала тревоги или аварийного отключения, когда определенное общее число внутренних неисправностей превышает первое или второе пороговые значения соответственно.

Когда неисправность происходит в батарее конденсаторов, она будет давать в результате изменение тока несимметрии. Эта неисправность может подразумевать одну или более внутренних неисправностей с точки зрения сработавших плавких предохранителей, отказавших элементов и/или отказавших блоков в одной (или более) ветви. Неисправность может быть замечена посредством обнаружения возникновения пика тока несимметрии в качестве события неисправности, которое происходит во время дугового разряда через поврежденный конденсатор. Однако, когда две внутренние неисправности затрагивают две ветви, совместно использующие одну и ту же фазу, сигналы несимметрии, соответствующие этим неисправностям, могут компенсировать друг друга. Более того, неисправности, затрагивающие три ветви в одной и той же Y-секции в трехфазной батарее конденсаторов, могут давать в результате необнаруженный сигнал несимметрии. Кроме того, неисправности в двух фазах одной Y-секции могут быть видны как неисправность в третьей фазе другой Y-секции, что может приводить в результате к эффекту чрезмерного аккумулирования, как если бы уже существовала неисправность в этой третьей фазе. Этот эффект чрезмерного аккумулирования может дополнительно приводить в результате к ложным сигналам тревоги или аварийного отключения.

Согласно изобретению такой эффект компенсации или чрезмерного аккумулирования предотвращается посредством определения точного числа внутренних неисправностей на основе информации об определенном скачкообразном изменении вектора тока несимметрии и фазового угла между фазным током и током несимметрии. Следовательно, изобретение делает возможным определение точного числа внутренних неисправностей.

Поскольку изобретение делает возможным определение точного числа внутренних неисправностей, изобретение дает возможность предпринять корректное действие, отправляя правильный сигнал тревоги и/или аварийного отключения на основе этой более точной информации, что увеличивает чувствительность и надежность схемы и решения Y-Y-защиты от несимметрии.

Кроме того, на основе нормализованного фазового угла определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии идентифицируется местоположение внутренней неисправности. Полезно, что местоположение внутренних неисправностей идентифицируется более точным образом, поскольку это, следовательно, делает обслуживание батареи конденсаторов более эффективным. Местоположение идентифицируется в ветви, испытавшей событие неисправности.

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 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 вектора тока несимметрии.

Согласно одному варианту осуществления изобретения скачкообразное изменение вектора тока несимметрии определяется посредством вычисления разницы между двумя измеренными токами несимметрии, включающими в себя и величину, и угол, отслеживая изменения тока несимметрии. Это может быть достигнуто 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 своего минимального установившегося состояния.

Согласно одному варианту осуществления изобретения сигнал тревоги определяется, когда число внутренних неисправностей в любой из ветвей батареи конденсаторов превышает первое пороговое значение.

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

Согласно одному варианту осуществления изобретения первое и второе пороговые значения соответствуют уровням тревожной сигнализации и аварийного отключения соответственно. Уровень тревоги эквивалентен числу отказавших элементов, блоков или числу сработавших плавких предохранителей в зависимости от конфигурации, которое в любой из ветвей 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, которая определена в п. 6 формулы. Такая компоновка содержит первый трансформатор тока, второй трансформатор, вычислительный блок и защитный блок. Первый трансформатор выполнен с возможностью измерения фазного тока в одной из фаз. Второй трансформатор тока размещен в нейтральных точках двух Y-секций для измерения тока несимметрии. Вычислительный блок выполнен с возможностью вычислять среднеквадратичное значение, обозначенное как RMS, измеренного фазного тока, вычислять RMS-значение измеренного тока несимметрии, вычислять значение тока несимметрии в относительных единицах на основе вычисленного RMS-значения измеренного фазного тока и вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии и вычислять фазовый угол между измеренным фазным током и измеренным током несимметрии. Защитный блок выполнен с возможностью обнаруживать фазовый угол между измеренным фазным током и соответствующим ему измеренным током несимметрии, отслеживать и обнаруживать изменение тока несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах, определять скачкообразное изменение вектора тока несимметрии, нормализовать фазовый угол определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии, который должен быть одним из значений в 0°, 60°, 120°, 180°, 240° и 300°, идентифицировать число внутренних неисправностей и их соответствующие местоположения на основе определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии и нормализованного фазового угла и инициировать сигнал тревоги или аварийного отключения, если определенное число внутренних неисправностей превышает первое или второе пороговое значение.

Согласно варианту осуществления изобретения настоящий способ реализуется посредством компьютерного программного продукта, определенного в п. 8 формулы.

Такой компьютерный программный продукт содержит прием измеренных фазных токов, вычисление RMS-значений измеренных фазных токов, прием измеренных токов несимметрии между двумя Y-секциями, вычисление RMS-значений измеренных токов несимметрии, вычисление фазового угла между измеренным фазным током и 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 тока несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах, определение скачкообразного изменения вектора тока несимметрии, нормализацию фазового угла определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии, чтобы он был одним из значений в 0°, 60°, 120°, 180°, 240° и 300°, определение числа внутренних неисправностей и их соответствующих местоположений на основе определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии и нормализованного фазового угла и инициирование сигнала тревоги или аварийного отключения, когда определенное общее число неисправностей внутренних элементов превышает первое или второе пороговые значения.

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 двойной Y-соединенной батареи конденсаторов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение теперь объясняется более подробно посредством описания различных вариантов осуществления изобретения и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 - это иллюстрация блок-схемы изобретенного способа обнаружения внутренней неисправности в Y-Y-соединенной батарее конденсаторов согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 2а-с иллюстрируют соответственно мгновенную форму волны тока несимметрии, соответствующую значению тока несимметрии в относительных единицах и фазовому углу между током несимметрии и фазным током в имитационном испытании в примере, где обнаруживается одиннадцать событий неисправности.

Фиг. 3а-b показывают число внутренних неисправностей в обеих из Y-секций, соответствующих мгновенным событиям неисправностей, показанным на Фиг. 2а.

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-c иллюстрируют три сценария, в каждом из которых может проявляться неоднозначное обнаружение.

Фиг.6 иллюстрирует схематично компоновку для обнаружения внутренней неисправности в батарее конденсаторов, где батарея конденсаторов соединена с трехфазной системой и включает в себя схему двойной Y-защиты согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.6a-b иллюстрируют соответственно пример схематичной конфигурации конденсаторных блоков в каждой из ветвей и схематичную конфигурацию емкостных элементов в каждом из конденсаторных блоков батареи конденсаторов, показанной на Фиг.6.

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

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со ссылкой на Фиг.6 и Фиг.1 компоновка 1 для обнаружения внутренней неисправности батареи 2 конденсаторов содержит первый трансформатор CT1 тока, второй трансформатор CT2 тока, вычислительный блок 4 и защитный блок 6. Батарея 2 конденсаторов подключена к системе электропитания, имеющей три фазы A, B, C, и включает в себя две Y-соединенные секции Y1 и Y2, каждая секция Y1/Y2 включает в себя три ветви A1, B1, C1/A2, B2, C2. Каждая из ветвей на одном конце соединена со своей соответствующей фазой, а на другом конце соединена "звездой" с нейтралью батареи конденсаторов. Первый трансформатор CT1 тока размещен в одной из фаз, в этом примере в фазе A, для измерения фазного тока на этапе 100. Второй трансформатор тока размещен между нейтральными точками двух Y-секций для измерения тока несимметрии между секциями на этапе 120.

В этом примере каждая ветвь имеет 28 конденсаторных блоков, распределенных по трем цепям, при этом первая и вторая цепи имеют соответственно четыре последовательных группы из двух параллельно соединенных конденсаторных блоков, в то время как третья цепь имеет четыре 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 изобретение применимо к любому типу батарей конденсаторов с плавкими предохранителями, без плавких предохранителей и с неплавкими предохранителями. В этом конкретном примере батарея конденсаторов имеет конфигурацию с внутренним плавким предохранителем. Кроме того, следует понимать, что изобретение применимо к любой из многофазных систем электропитания, в которых батарея конденсаторов имеет Y-Y-компоновку.

Вычислительный блок 4 соединен с первым трансформатором CT1 тока и вторым трансформатором CT2 тока. Вычислительный блок 4 выполнен с возможностью принимать измерения от 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, ток несимметрии в относительных единицах Iunpu может быть вычислен на основе соотношения вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии Iunrms и вычисленного RMS-значения фазного тока Iphrms, как следует 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 этих 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 дополнительно выполнен с возможностью обнаруживать фазовый угол, на этапе 140.

Со ссылкой на Фиг.2a-c изобретение далее поясняется в примере, в котором батарея 2 конденсаторов подверглась 11 событиям неисправностей, начиная с момента времени на 1,15 секунды, события неисправностей различаются посредством возникновения 11 пиков тока, как показано на Фиг.2a и 2b. Эти пики происходят во время дугового разряда через емкостные элементы перед разрывом их соответствующей плавкой вставки предохранителя. Каждое событие неисправности распознается посредством отслеживания изменения в измерениях тока несимметрии и обнаружения этих пиков тока, этап 150.

Скачкообразное изменение вектора тока несимметрии вычисляется на основе разницы между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим значением. Это вычисление является векторным, что означает, что оно основано на комплексной форме, в которой обе величины тока, т.е. RMS-значения и фазовые углы, приняты во внимание. Величина и фазовый угол скачкообразного изменения вектора тока несимметрии затем определяются, этап 160. Фиг. 2b иллюстрирует соответствующую форму волны тока несимметрии в относительных единицах фазного тока, в то время как Фиг. 2с показывает фазовые углы между током несимметрии и фазным током, соответствующим событиям неисправности.

Определенный фазовый угол дополнительно нормализуется, чтобы быть одним из значений в 0°, 60°, 120°, 180°, 240° и 300° на этапе 170 для того, чтобы обнаруживать, какая из ветвей А1, В1, С1, А2, В2, С2 испытала событие неисправности. В этой компоновке нормализованный фазовый угол 0°, 60°, 120°, 180°, 240° или 300° соответствует ветви А1, В1, С1, А2, В2 или С2.

На основе скачкообразного изменения вектора тока несимметрии и нормализованного фазового угла тока несимметрии число внутренних неисправностей и местоположение каждой из этих неисправностей может быть определено на этапе 200.

Фиг. 5а иллюстрирует первый сценарий эффекта компенсации, в котором срабатывание плавких предохранителей или неисправность элементов в одной ветви может компенсировать ток несимметрии, созданный другой неисправностью в другой ветви, совместно использующей ту же фазу, но с другой стороны батареи. Пример показан с правой стороны (b) на Фиг.5a. В этом примере произошло 3 срабатывания плавких предохранителей в одной фазе в левой Y-секции, тогда как 2 срабатывания плавких предохранителей произошло в той же фазе, но в правой Y-секции в одной и той же батарее конденсаторов. Это будет давать в результате ток несимметрии с той же величиной и углом, что и полученный посредством одного срабатывания плавкого предохранителя в левой Y-секции той же фазы, как показано с левой стороны (a) на Фиг.5a.

В целом неисправности элементов в одинаковых фазах, но с разных сторон батареи будут приводить к ложному обнаружению как местоположения, так и числа отказавших элементов. Обнаруженное местоположение будет местоположением ветви с более высоким числом отказавших элементов.

Фиг.5b иллюстрирует второй сценарий эффекта компенсации, в котором срабатывание плавких предохранителей в трех ветвях/фазах в одной и той же Y-секции может приводить в результате к необнаружению тока несимметрии. Более точно, этот чертеж показывает, что комбинация срабатывания плавкого предохранителя во всех трех ветвях одной и той же Y-секции будет давать в результате либо необнаружение, либо ложное обнаружение сигнала несимметрии.

Фиг.5c иллюстрирует сценарий эффекта чрезмерного аккумулирования, в котором неисправность элементов или срабатывание плавких предохранителей в двух ветвях/фазах одной Y-секции будет видна как неисправность в третьей фазе другой Y-секции. Это неправильное обнаружение дает некорректный эффект аккумулирования, как если бы уже существовала неисправность в этой третьей фазе другой Y-секции. Этот эффект чрезмерного аккумулирования может давать в результате ложное аварийное отключение или сигнал тревоги.

Когда существует скачкообразное изменение вектора тока несимметрии, число внутренних неисправностей может быть получено на основе справочной таблицы, которая приведена в качестве примера на Фиг. 7. Местоположение внутренних неисправностей может быть идентифицировано посредством нормализованного фазового угла скачкообразного изменения вектора тока несимметрии. Затем общее число внутренних неисправностей в каждой из ветвей/фаз обновляется соответствующим образом, как показано на Фиг. 4.

С помощью обновленной информации о внутренних неисправностях защитный блок может принимать решение, отправляя сигнал тревоги и/или аварийного отключения на этапе 210 на Фиг. 1.

Фиг. 3а и 3b показывают число внутренних неисправностей в каждой из двух Y-секций, соответствующих каждому из мгновенных событий неисправностей, при этом вводятся новые пределы тревоги и аварийного отключения. Новые пределы 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 пяти внутренних неисправностей.

Как показано в этом примере, проблемой с существующими системами защиты от несимметрии, применяемыми к тому же случаю, является некорректное обнаружение числа отказавших элементов, что приводит в результате к двум главным проблемам. Во-первых, сигнал аварийного отключения не отправляется после превышения предела аварийного отключения. Эта проблема происходит из эффекта компенсации, получающегося в результате объединения неисправностей элементов в одной и той же фазе, но в обеих Y-секциях. Например, на Фиг.2b момент события неисправности номер 9 на 1,87 секунды обнаруживает эту проблему. После этого события неисправности число неисправностей элементов в B1 и в C1 равно 6 и 5 соответственно, тогда как в B2 и в C2 оно равно 4 и 2 соответственно. Это эквивалентно наличию составляющей тока, равной неисправностям 2 элементов в B1 и неисправностям 3 элементов в C1, что вызовет более низкий ток, чем предел аварийного отключения, который был задан для неисправностей 5 элементов, и сигнал аварийного отключения не будет отправлен.

Второй проблемой является ложное аварийное отключение вследствие эффекта чрезмерного аккумулирования, который привносится, когда внутренние неисправности, возникающие в двух различных фазах, затем суммируются в неисправности в третьей фазе противоположной Y-секции и наоборот, мгновение события неисправности номер 5 на 1,40 секунды акцентирует эту проблему. После этого события неисправности число неисправностей элементов в C1 равно 5, а в A2 и B2 равно 1 и 4 соответственно. Это эквивалентно наличию составляющей тока, равной неисправностям 6 элементов в A2 и неисправностям 9 элементов в B2, что дает в результате ток несимметрии, более высокий, чем предел аварийного отключения, который был задан для неисправностей 5 элементов, приводя к отправке ложного сигнала аварийного отключения.

Эти проблемы ложного аварийного отключения вследствие эффекта чрезмерного аккумулирования и эффекта компенсации, вызванного проявлением внутренних неисправностей в различных фазах, преодолены посредством настоящего изобретения.

Дополнительно, оно дает корректное указание точного числа неисправностей элементов и их соответствующих местоположений.

Изобретение относится к контролю неисправностей в батарее конденсаторов, подключенной к системе электропитания, при этом батарея конденсаторов содержит множество конденсаторных блоков, которые разделены на две Y-секции. Сущность: способ содержит измерение фазного тока (100), вычисление среднеквадратичного значения, обозначенного как RMS, измеренных фазных токов (110), измерение тока несимметрии между двумя секциями (120), вычисление RMS-значения измеренных токов несимметрии (130), обнаружение фазового угла между измеренным фазным током и измеренным током несимметрии (140), 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 тока несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением (150), определение векторного скачкообразного изменения тока несимметрии (160), нормализацию фазового угла векторного скачкообразного изменения, чтобы он был одним из значений в 0°, 60°, 120°, 180°, 240° и 300° (170), идентификацию числа внутренних неисправностей и их соответствующих местоположений на основе определенного векторного скачкообразного изменения тока несимметрии и нормализованного фазового угла (200) и инициирование сигнала тревоги или аварийного отключения, когда определенное общее число внутренних неисправностей превышает первое или второе пороговые значения соответственно (210). Технический результат: повышение достоверности и чувствительности. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ обнаружения числа внутренних неисправностей в батарее конденсаторов, подключенной к системе электропитания, при этом батарея конденсаторов содержит множество конденсаторных блоков, которые разделены на две Y-секции, причем каждая фаза в каждой из Y-секций задает ветвь, каждая ветвь включает в себя последовательно и/или параллельно соединенные конденсаторные блоки и каждое событие внутренней неисправности может происходить в одном или более емкостных элементах или блоках или затрагивать одну или более ветвей, причем способ содержит этапы, на которых:
- измеряют фазный ток в одной из фаз (100),
- вычисляют среднеквадратичное значение, обозначенное как RMS, измеренных фазных токов (110),
- измеряют ток несимметрии между двумя секциями (120),
- вычисляют RMS-значение измеренных токов несимметрии (130), и
- обнаруживают фазовый угол между измеренным фазным током и измеренным током несимметрии (140),
отличающийся тем, что способ дополнительно содержит этапы, на которых:
- вычисляют значение тока несимметрии в относительных единицах на основе вычисленного RMS-значения измеренного фазного тока и вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии (145),
- распознают каждое событие внутренней неисправности, отслеживая изменение в токе несимметрии,
- отслеживают и обнаруживают изменение тока несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах (150),
- определяют скачкообразное изменение вектора тока несимметрии (160) для каждого события внутренней неисправности,
- нормализуют фазовый угол определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии каждого события внутренней неисправности, чтобы он был одним из значений в 0°, 60°, 120°, 180°, 240° и 300° (170),
- идентифицируют число внутренних неисправностей и их соответствующие местоположения на основе определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии и нормализованного фазового угла (200), и
- инициируют сигнал тревоги или аварийного отключения, когда определенное общее число внутренних неисправностей превышает первое или второе пороговые значения соответственно (210).

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 для того, чтобы обнаруживать внутреннюю неисправность.

3. Способ по п. 1, при этом сигнал тревоги инициируют, когда число внутренних неисправностей в любой из ветвей превышает первое пороговое значение.

4. Способ по п. 1, при этом сигнал аварийного отключения инициируют, когда число внутренних неисправностей в любой из ветвей превышает второе пороговое значение.

5. Способ по п. 1, при этом первое и второе пороговые значения соответствуют нижнему и верхнему пределам допустимого избыточного напряжения на концах оставшихся исправных частей батареи конденсаторов.

6. Компоновка для обнаружения числа внутренних неисправностей в батарее конденсаторов, подключенной к системе электропитания, при этом батарея конденсаторов содержит множество конденсаторных блоков, которые разделены на две Y-секции, причем каждая фаза в каждой из Y-секций задает ветвь, каждая ветвь включает в себя последовательно и/или параллельно соединенные конденсаторные блоки и каждое событие внутренней неисправности может происходить в одном или более емкостных элементах или блоках и может затрагивать одну или более ветвей, причем компоновка содержит:
- первый трансформатор тока, выполненный с возможностью измерения фазного тока в одной из фаз,
- второй трансформатор тока, который размещен в нейтральных точках двух Y-секций для измерения тока несимметрии,
- вычислительный блок, выполненный с возможностью:
- вычислять среднеквадратичное значение, обозначенное как RMS, измеренного фазного тока,
- вычислять RMS-значение измеренного тока несимметрии,
- вычислять значение тока несимметрии в относительных единицах на основе вычисленного RMS-значения измеренного фазного тока и вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии, и
- вычислять фазовый угол между измеренным фазным током и измеренным током несимметрии, и
- защитный блок, выполненный с возможностью:
- обнаруживать фазовый угол между измеренным фазным током и его соответствующим измеренным током несимметрии,
отличающаяся тем, что защитный блок дополнительно выполнен с возможностью:
- распознавать каждое событие внутренней неисправности, отслеживая изменение в токе несимметрии,
- отслеживать и обнаруживать изменение тока несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах,
- определять скачкообразное изменение вектора тока несимметрии для каждого события внутренней неисправности,
- нормализовать фазовый угол определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии каждого события внутренней неисправности, чтобы он был одним из значений в 0°, 60°, 120°, 180°, 240° и 300°,
- идентифицировать число внутренних неисправностей и их соответствующие местоположения на основе определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии и нормализованного фазового угла, и
- инициировать сигнал тревоги или аварийного отключения, когда определенное число внутренних неисправностей превышает первое или второе пороговое значение.

7. Компоновка по п. 6, при этом защитный блок дополнительно выполнен с возможностью отслеживать изменение тока несимметрии и непрерывно сравнивать изменение с предварительно определенным пороговым значением для того, чтобы обнаруживать внутреннюю неисправность.

8. Компьютерный считываемый носитель, содержащий инструкции, которые при выполнении компьютером предписывают компьютеру выполнять способ для обнаружения числа внутренних неисправностей в батарее конденсаторов, подключенной к системе электропитания, при этом батарея конденсаторов содержит множество конденсаторных блоков, которые разделены на две Y-секции, причем каждая фаза в каждой из Y-секций задает ветвь, каждая ветвь включает в себя последовательно и/или параллельно соединенные конденсаторные блоки и каждое событие внутренней неисправности может происходить в одном или более емкостных элементах или блоках и затрагивать одну или более ветвей, при этом способ содержит этапы, на которых:
- принимают измеренные фазные токи,
- вычисляют RMS-значения измеренных фазных токов,
- принимают измеренные токи несимметрии между двумя Y-секциями,
- вычисляют RMS-значения измеренных токов несимметрии,
- вычисляют фазовый угол между измеренным фазным током и 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,
- распознают каждое событие внутренней неисправности, отслеживая изменение в токе несимметрии,
- отслеживают и обнаруживают изменение тока несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах,
- определяют скачкообразное изменение вектора тока несимметрии для каждого события внутренней неисправности,
- нормализуют фазовый угол определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии каждого события внутренней неисправности, чтобы он был одним из значений в 0°, 60°, 120°, 180°, 240° и 300°,
- определяют число внутренних неисправностей и их соответствующие местоположения на основе определенного скачкообразного изменения вектора тока несимметрии и нормализованного фазового угла и
- инициируют сигнал тревоги или аварийного отключения, когда определенное общее число неисправностей внутренних элементов превышает первое или второе пороговые значения.