Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью Российский патент 2022 года по МПК H02H3/16 H02H7/04 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите электрических сетей с изолированной или компенсированной нейтралью.

Известен способ выполнения токовой защиты нулевой последовательности от однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ) (Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. – М.: Энергия, 1976; Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1998), согласно которому входные электрические величины преобразуют в контролируемый сигнал с помощью фильтра тока нулевой последовательности. Затем создают характеристический сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению контролируемого сигнала, сравнивают его с уставкой и, если он превосходит уставку, выдают сигнал на срабатывание защиты.

Недостатком способа является низкая эффективность функционирования при неустойчивых ОЗЗ. Связано это с тем, что импульсы при перемежающемся дуговом замыкании хоть и имеют большую амплитуду, но действуют кратковременно. Их длительность не превышает нескольких миллисекунд, в связи с чем их вклад в характеристический сигнал незначителен.

Известен способ направленной защиты от дуговых перемежающихся однофазных замыканий, реализованный в устройстве по патенту (EP2417467B1, опубл. 20.03.2013 г.). Согласно этому способу входные электрические величины в виде тока и напряжения преобразуют в контролируемые сигналы с помощью фильтров нулевой последовательности. На их основе создают характеристические сигналы, пропорциональные мгновенным значениям активной и реактивной мощностей. Возникновение перемежающегося дугового замыкания фиксируют, если контролируемый сигнал тока, а также и частота его возникновения за определенный промежуток времени превышают соответствующие уставки. Селективность защиты обеспечивается благодаря направленности способа, определяемой по знаку мощности: активной – в компенсированной сети, реактивной – в изолированной.

Способ имеет ограниченную область применения, поскольку в электрических сетях с изолированной или компенсированной нейтралью часто измерительные трансформаторы напряжения отсутствуют. Кроме того, способ обладает недостаточно высокой чувствительностью. Это связано с самим принципом выявления перемежающегося дугового замыкания, основанным так или иначе на измерении абсолютного значения импульсов в контролируемом сигнале, вызванных перемежающимся дуговым замыканием. Следовательно, для каждого режима электрической сети в защите должна быть предусмотрена соответствующая уставка.

Чувствительность к перемежающимся дуговым замыканиям повышена в способе, реализованном в устройствах по патентам (SU 221121 A1, опубл. 01.07.1968 г. и SU 501445 A1, опубл. 30.01.1976 г.). Повышение чувствительности в них достигается за счет использования принципа относительного измерения. Согласно способу входную электрическую величину каждой фазы преобразуют в контролируемый сигнал путем удаления из него составляющей основной гармоники. Поэтому контролируемый сигнал состоит их составляющих непромышленной частоты и высших гармоник при устойчивом металлическом замыкании на землю и дополнительно из импульсных токов при перемежающемся дуговом замыкании. Затем на основе контролируемых сигналов создают характеристический сигнал, пропорциональный среднеквадратическому значению. Выявляют наибольший из характеристических сигналов и формируют сигнал однофазного замыкания на землю, если наибольший из характеристических сигналов превышает остальные характеристические сигналы фаз.

Поскольку импульсы тока перемежающегося дугового замыкания имеют кратковременный характер, то их вклад в уровень характеристических сигналов будет незначительным. Поэтому способ все еще остается быть недостаточно чувствительным к перемежающимся дуговым замыканиям. Кроме того, характеристические сигналы всех фаз формируются в одинаковых схемах. Следовательно, наибольший из характеристических сигналов будет превышать остальные характеристические сигналы на всем протяжении паузы между импульсами тока перемежающегося дугового замыкания, формируя непрерывный сигнал однофазного замыкания. Именно это обстоятельство, в свою очередь, не позволяет разграничивать опасные и неопасные перемежающиеся дуговые замыкания, поскольку исключает паузу между пробоями изоляции и препятствует измерению периода между моментами возникновения дуги.

Этот способ является наиболее близким к заявленному изобретению и принят за прототип.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности выявления дугового перемежающегося замыкания в электрических сетях среднего напряжения с изолированной или компенсированной нейтралью.

Технический результат достигается тем, что в способе защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью, согласно которому входную электрическую величину каждой фазы преобразуют в контролируемый сигнал с заданной характеристикой и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульсного тока перемежающегося замыкания, и на его основе создают характеристический сигнал, формируют сигнал замыкания на землю, если наибольший из характеристических сигналов фаз преодолеет заданный порог сравнения, при этом на заданном промежутке времени определяют число и средний период появления упомянутого сигнала замыкания на землю и, если указанный средний период окажется меньше заданной уставки времени, формируют сигнал перемежающегося дугового замыкания на землю, введены новые операции, повышающие надежность защиты. Суть этих операций заключается в том, что дополнительно вводят порог шума, определяют пиковое значение суммы характеристических сигналов остальных фаз и, если оно выше порога шума, упомянутый порог сравнения задают пропорционально пиковому значению, иначе – равным порогу шума. Кроме того, измеряют длительность сигнала замыкания на землю и, если она превышает заданную уставку, создают дополнительный сигнал срабатывания защиты. При этом общий сигнал срабатывания защиты формируют путем объединения сигнала перемежающегося дугового замыкания на землю и дополнительного сигнала срабатывания защиты по схеме логического ИЛИ. Причем пиковое значение суммы характеристических сигналов остальных фаз выявляют с помощью уставочного пик-детектора, который подготавливают для выявления нового пикового значения каждый раз, когда сумма характеристических сигналов остальных фаз достигнет своего минимального значения или порога шума.

В следующем примере реализации способа в качестве входной электрической величины принимают фазный ток защищаемого объекта.

В третьем примере реализации способа в качестве входной электрической величины принимают дифференциальный ток фазы, полученный как разность токов фазы в начале и конце защищаемого объекта.

В четвертом примере реализации способа контролируемый сигнал формируют в виде затухающего колебания заданной частоты и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса тока перемежающегося замыкания во входной электрической величине.

В пятом примере реализации способа контролируемый сигнал формируют в виде прямоугольных импульсов заданной длительности и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса тока перемежающегося замыкания во входной электрической величине.

В шестом примере реализации способа характеристический сигнал каждой фазы создают пропорционально среднеквадратичному значению контролируемого сигнала одноименной фазы на заданном интервале времени.

В седьмом примере реализации способа характеристический сигнал фазы создают пропорционально амплитуде промежуточного сигнала, полученного путем преобразования контролируемого сигнала фильтром ортогональных составляющих.

В восьмом примере реализации способа характеристический сигнал фазы создают пропорционально амплитуде контролируемого сигнала, определенной путем его структурного анализа, причем в ходе структурного анализа настраивают адаптивный фильтр на полное подавление контролируемого сигнала, определяют корни его характеристического уравнения и, если среди корней характеристического уравнения присутствуют корни, согласованные с частотой контролируемого сигнала, то формируют по ним компонентную модель сигнала и оценивают амплитуду контролируемого сигнала.

На фиг. 1 показано распространение тока замыкания в установившемся режиме электрической сети при устойчивом однофазном замыкании на землю, а на фиг. 2 – распространение импульсных токов при перемежающемся дуговом замыкании на землю. Структурная схема, реализующая предлагаемый способ, изображена на фиг. 3. На фиг. 4 приведены осциллограммы входных сигналов, а на фиг. 5 – осциллограммы контролируемых сигналов защиты при перемежающихся дуговых замыканиях фазы А на землю. На фиг. 6 и 7 приведены амплитудно-частотная и импульсная характеристики аналогового фильтра, применяемого в блоках формирования контролируемых сигналов 1-3 для формирования сигналов с заданной характеристикой. На фиг. 8 показаны характеристические сигналы фаз, полученные путем преобразования контролируемых сигналов в блоках формирования характеристических сигналов 4-6. Фиг. 9 и 10 поясняют принцип формирования сигнала подготовки уставочного пик-детектора к выявлению нового пикового значения в режиме неопасных дуговых замыканий. Фиг. 11 иллюстрирует принцип формирования сигнала замыкания на землю trip. Фиг. 12 поясняет принцип формирования сигнала срабатывания защиты On по каналу подсчета числа появления сигнала замыкания на землю trip на заданном промежутке времени. Фиг. 13 иллюстрирует принцип выявления неопасных дуговых замыканий. Фиг. 14 поясняет принцип формирования сигнала срабатывания защиты On по каналу дополнительного сигнала срабатывания защиты. На фиг. 15 приведена импульсная характеристика пик-детектора, применяемого в блоках формирования контролируемых сигналов 1-3.

Поясним принятые на рисунках обозначения. Место установки защиты совпадает с местом измерения токов в защищаемом фидере (с местом установки трансформаторов тока на фиг. 1 и 2). На фиг. 1 показаны токи через емкости в установившемся режиме устойчивого однофазного замыкания на землю. Распределение импульсных токов разряда (токов переходного режима) в электрической сети при перемежающемся дуговом замыкании показано на фиг. 2. Схема фиг. 3 состоит из следующих блоков: блоков 1–3 формирования контролируемых сигналов фаз , блоков 4–6 формирования характеристических сигналов , максиселектора 7, в каждый k-ый момент выбирающего наибольшее значение из текущих значений характеристических сигналов , сумматора 8, выполняющего операцию определения суммы характеристических сигналов остальных фаз , схемы управления 9 со входом 10 для задания порога шума , уставочного пик-детектора 11, предназначенного для определения пикового значения суммы характеристических сигналов остальных фаз и управляемого схемой 9 через синхронизирующий вход 12 сигналом подготовки start, максиселектора 13, формирующего порог сравнения , компаратора 14, предназначенного для формирования сигнала замыкания на землю trip на интервалах времени, на которых наибольший из характеристических сигналов будет выше порога сравнения , счетчика импульсов 15, формирующий сигнал перемежающегося дугового замыкания на землю при опасных перемежающихся замыканиях путем подсчета числа и среднего периода появления сигнала замыкания на землю trip на заданном промежутке времени (n – заданное число импульсов, T₁₆ – уставка времени, задаваемая на входе 16), реле времени 17, формирующее дополнительный сигнал срабатывания защиты в режиме опасных перемежающихся дуговых замыканий с малыми интервалами между пробоями изоляции (режим, предшествующий полному устойчивому пробою изоляции – металлическому замыканию), cо входом 18 для задания уставки по времени срабатывания T₁₈, элемента логической операции ИЛИ 19, формирующий общий сигнал срабатывания защиты On на выходе 20 путем объединения сигналов двух каналов: сигнала перемежающегося дугового замыкания на землю и дополнительного сигнала срабатывания защиты.

Фиг. 4 иллюстрирует входные электрические величины фаз соответственно при перемежающемся однофазном замыкании фазы А на землю. На фиг. 5 приведены контролируемые сигналы фаз , полученные в результате преобразования входных электрических величин фиг. 4 с помощью аналогового фильтра с заданной импульсной характеристикой.

На фиг. 6 и 7 приведены амплитудно-частотная и импульсная характеристики аналогового фильтра, где Гц – резонансная частота фильтра.

На фиг. 8 показаны характеристические сигналы фаз , которые созданы пропорционально среднеквадратичным значениям контрольных сигналов одноименным фазам соответственно.

На фиг. 9 и 10 приняты следующие обозначения: 21 и 22 – кривая сигнала суммы и сигнал его пикового значения, 23 – порог шума , 24 – сигнал start на выходе управляющей схемы. Сигнал действует с момента достижения сигналом 21 или порога шума (точка D на фиг. 9), или своего минимума (точка С на фиг. 10) до момента выявления пикового значения (точка В) сигнала 21.

На фиг. 11 показаны: 25 – сигнал наибольшего из характеристических сигналов на выходе максиселектора 7, 26 – порог сравнения , заданный пропорционально пиковому значению сигнала суммы , определенному с помощью уставочного пик-детектора 11, 27 – сигнал замыкания на землю trip формируется компаратором 14, когда наибольший из характеристических сигналов преодолеет порог сравнения (точки E и G фиг.11) и снизится до него (точки F и H).

На фиг. 12-14 показаны: 27 – сигнал замыкания на землю trip с периодом возникновения замыканий , 28 – общий сигнал срабатывания защиты On. На фигуре 14 показана работа способа в режиме создания дополнительного сигнала срабатывания защиты; момент наступления опасных замыканий, когда сигнал замыкания на землю 27 (trip) становится непрерывным, отмечен как (уставка  принята равной 400 мс).

На фиг. 15 приведена импульсная характеристика пик-детектора с возможностью сброса пикового значения через заданный промежуток времени .

С целью пояснения сути изобретения рассмотрим особенности металлического и перемежающегося дугового замыканий на землю в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью. Для определенности за входную электрическую величину примем фазный ток.

При металлическом замыкании на землю после окончания быстропротекающего переходного процесса в месте измерения присутствует только синусоидальный ток установившегося режима. Этот ток будет состоять из двух составляющих: первая из них является током нагрузки, а вторая обусловлена током однофазного замыкания на землю. Ток однофазного замыкания на землю растекается по емкостям неповрежденных фаз фидеров (токи ) и возвращается через источник по поврежденной фазе от шины к месту повреждения (фиг. 1). Таким образом, в месте установки защиты на поврежденном фидере емкостной ток поврежденной фазы практически будет равен току замыкания. Например, в схеме фиг. 1, в месте установки защиты емкостный ток поврежденной фазы будет в 4 раза превосходить сумму токов других фаз. Это свойство будет характерно только для поврежденного фидера, и именно оно положено в основу принципа действия прототипа для выявления однофазного замыкания на землю и определения поврежденного фидера.

При перемежающемся дуговом замыкании ток замыкания вызван разрядом емкостей фидеров и носит кратковременный характер. Этот ток представляет собой значительный импульс, длительность которого, однако, не превышает нескольких миллисекунд (Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971; стр. 65). На месте установки защиты через поврежденный фидер протекает импульсный ток разряда емкостей всех фидеров, кроме емкости поврежденной фазы фидера. Например, в электрической сети, приведенной на фиг. 2, через поврежденную фазу защищаемого фидера протекает импульсный ток, амплитуда которого в 5 раз больше (), чем амплитуды импульсных токов неповрежденных фаз (). Значит, используемый в прототипе принцип выявления поврежденного фидера теоретически работает и в этом случае.

Однако при практической реализации прототипа, как уже говорилось ранее, возникает ряд обстоятельств, нивелирующих преимущества изложенного принципа выявления перемежающегося дугового замыкания на землю. Прежде всего, из-за кратковременности разряда емкостей вклад импульсов тока в уровень характеристических сигналов будет незначительным. Поэтому способ все еще остается быть недостаточно чувствительным к перемежающимся дуговым замыканиям. В то же время характеристические сигналы всех фаз формируются в одинаковых схемах. Следовательно, наибольший из характеристических сигналов, даже будучи незначительным, будет превышать остальные характеристические сигналы на всем протяжении паузы между импульсами тока перемежающегося дугового замыкания, формируя тем самым непрерывный сигнал замыкания на землю. Именно это обстоятельство, в свою очередь, не позволяет разграничивать опасные и неопасные перемежающиеся дуговые замыкания, поскольку исключает в характеристических сигналах паузу между пробоями изоляции и тем самым препятствует измерению периода между моментами возникновения дуги.

Для надежного выявления и разграничения опасных и неопасных перемежающихся дуговых замыканий на землю в предлагаемом способе дополнительно вводят порог шума. Он необходим для преодоления неопределенности при малых значениях контролируемых сигналов, возникающей либо при отсутствии перемежающихся дуговых замыканий, либо при редких (неопасных) замыканиях с периодом между повторными замыканиями больше 70 мс.

В предлагаемом способе входную электрическую величину каждой фазы преобразуют в контролируемый сигнал с заданной характеристикой и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульсного тока перемежающегося замыкания, и на его основе создают характеристический сигнал. Выявляют наибольший из характеристических сигналов, причем сигнал замыкания на землю формируют на интервалах времени, на которых наибольший из характеристических сигналов выше заданного порога сравнения. Сам порог сравнения задают пропорционально пиковому значению суммы характеристических сигналов остальных фаз, если оно выше порога шума, иначе – равным порогу шума. Реализация такого принципа формирования заданного порога сравнения позволяет исключить недостатки прототипа.

В этом случае сигнал замыкания на землю будет иметь прерывистый характер. Согласно способу определяют число и средний период появления упомянутого сигнала замыкания на землю, и если указанный средний период окажется меньше заданной уставки времени, то формируют сигнал перемежающегося дугового замыкания.

С ростом частоты возникновения перемежающегося дугового замыкания средний уровень характеристических сигналов растет, что приведет к ситуации, когда наибольший характеристический сигнал всегда будет выше заданного порога сравнения, и сигнал замыкания на землю станет непрерывным. В этом случае формируют дополнительный сигнал срабатывания защиты по условию превышения длительности сигнала замыкания на землю заданной уставки.

Рассмотрим работу предлагаемого способа при реализации его по схеме фиг. 3.

В защите фидера входной электрической величиной является фазный ток защищаемого объекта

(1)

а в защите генератора или электродвигателя – дифференциальный ток фазы

(2)

где и – токи в начале и конце защищаемого объекта.

Входная электрическая величина каждой фазы (фиг.4) преобразуется в контролируемый сигнал (фиг. 5) в блоках 1–3. Главное предназначение этого преобразования заключается в выделении импульса, ассоциированного с током перемежающегося дугового замыкания, и в представлении его в виде эталонного сигнала. Для этого можно использовать, например, способ по патенту RU2716235C1 (опубликовано 10.03.2020).

Формирование контролируемого сигнала в упомянутом способе осуществляется путем выделения составляющей переходного процесса во входном сигнале защиты с помощью селективного аналогового преобразователя и последующего преобразования её в контролируемый сигнал эталонным аналоговым преобразователем, формирующим сигнал с заданными характеристическими параметрами. В одной из реализации способа эталонным аналоговым преобразователем является аналоговый фильтр с заданной импульсной характеристикой, а в другой реализации – пик-детектор с возможностью сброса выходного сигнала через заданный интервал времени.

Далее будем рассматривать реализацию изобретения, когда блоки 1-3 выполнены в виде аналогового фильтра с заданной импульсной характеристикой (с заданной АЧХ) (фиг. 6 и 7). Эти блоки, заграждая основную гармонику, формируют контролируемый сигнал в виде затухающего колебания заданной частоты и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса тока перемежающегося замыкания во входной электрической величине.

В блоках 4-6 контролируемый сигнал преобразуется в цифровой характеристический сигнал (фиг. 8), пропорционально его, например, среднеквадратическому значению на заданном интервале времени (на заданном числе отсчетов N)

(3)

где – отсчеты контролируемого сигнала после АЦП. Интервал усреднения удобно принимать равным периоду колебаний контролируемого сигнала .

Далее с помощью максиселектора 7 выявляют наибольший из отсчетов характеристических сигналов

, (4)

Как уже отмечалось ранее, импульсный ток поврежденной фазы превышает импульсный ток неповрежденной фазы как минимум 2 раза. Поскольку контролируемые сигналы представляют собой затухающие колебания с амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульсного тока соответствующей фазы, то указанное свойство токов проявляется также и в свойстве характеристических сигналов одноименных фаз. Поэтому характеристический сигнал поврежденной фазы также будет превосходить характеристические сигналы неповрежденных фаз как минимум 2 раза. Собственно, это свойство и используется для выявления признака замыкания на землю.

Однако указанное свойство характеристических сигналов сохраняется теоретически на всем протяжении интервала времени между импульсами тока независимо от уровня характеристического сигнала. Это обстоятельство не позволяет разграничивать режимы опасных и неопасных перемежающихся дуговых замыканий без учета уровней самих характеристических сигналов. Поэтому наибольший характеристический сигнал сравнивают с заданным порогом сравнения , формируемым максиселектором 13, при превышении которого формируют сигнал замыкания на землю trip.

Поясним принцип формирования порога сравнения . Для этого сначала определяют сумму характеристических сигналов остальных фаз с сумматором 8 по формуле:

, (5)

Затем с помощью максиселектора 13 формируют порог сравнения равным пиковому значению суммы характеристических сигналов остальных фаз (5), выявленному с помощью уставочного пик-детектора 11, если оно выше порога шума, иначе – равным порогу шума .

Пик-детектор 11 управляется специальной схемой управления 9 со входом 10 для задания порога шума . Причем его работа зависит от характера изменения сигнала . Как видно, сигнал суммы 21 изменяется во времени пилообразно, при этом в режиме неопасных перемежающихся дуговых замыканий (фиг. 9) его минимальное значение в точке C оказывается ниже порога шума (прямая 23), а в режиме опасных (фиг. 10) – выше. Поэтому в схеме управления 9 фронт сигнала подготовки start (сигнал 24) уставочного пик-детектора 11 формируется по-разному.

В случае режима неопасных перемежающихся дуговых замыканий период появления импульсов тока довольно продолжителен, поэтому сигнал суммы 21 пересекает порог шума (прямая 23) в точке D, приводя к срабатыванию схемы управления 9 и формированию фронта сигнала start (фиг. 9, сигнал 24).

В режиме опасных перемежающихся дуговых замыканий упомянутый период уменьшается, и минимум сигнала суммы 21 (фиг. 10, точка C) находится уже выше порога шума (прямая 23). В этом случае схема управления 9 формирует фронт сигнала start (сигнал 24) по моменту наступления минимума сигнала суммы 21 (в точке C, фиг. 10).

Сброс сигнала подготовки пик-детектора start (кривая 24, фиг. 9 и 10) и выходной сигнал 22 уставочного пик-детектора 11 меняется каждый раз после определения нового пикового значения. Например, его предшествующее значение, определенное в точке А заменяется на новое пиковое значение в точке B (фиг. 9 и 10).

Сигнал адаптивной уставки (ломаная 26, фиг. 11) формируется максиселектором 13. Такой подход к формированию уставки позволяет способу адаптироваться под особенности электрической сети, автоматически учитывая конфигурацию и уровень токов замыкания в сети.

Сигнал замыкания на землю trip (фиг. 11, сигнал 27) формируется компаратором 13 каждый раз, когда наибольший из характеристических сигналов (кривая 25) преодолеет адаптивную уставку (ломаная 26). На фиг. 11 эти моменты отмечены точками E и G. Там же показаны точки возврата F и H компаратора 14.

Сигнал срабатывания защиты Оn 20 формируется по двум каналам, объединенным по схеме логического ИЛИ 19.

Первый канал формирует сигнал выявления перемежающегося дугового замыкания на землю с помощью счетчика 15 путем подсчета числа возникновения сигнала замыкания на землю trip на некотором отрезке времени, равном , где n – внутренняя уставка счетчика импульсов 15. Канал срабатывает при опасных перемежающихся дуговых замыканиях, когда среднее значение периода импульсов тока замыкания T_ПДЗ меньше уставки T₁₆, т.е. T_ПДЗ < T₁₆. Этот случай показан на фиг. 12, в которой считается, что опасные перемежающиеся дуговые замыкания на землю имеют усредненный период =70 мс, внутренняя уставка принята равной n=5. Сигнал срабатывания защиты On формируется в конце 5-го периода сигнала trip, как только устанавливается, что T_ПДЗ < T₁₆. При неопасных перемежающихся дуговых замыканиях среднее значение периода импульсов тока замыкания T_ПДЗ будет больше уставки T₁₆, т.е. T_ПДЗ > T₁₆ (фиг. 13), и срабатывание защиты не происходит (On=0).

Второй канал формирует дополнительный сигнал срабатывания защиты с помощью реле времени 17 с уставкой . Этот канал работает при высокой частоте появления перемежающихся дуговых замыканий, когда сигнал однофазного замыкания на землю trip не имеет пауз (фиг. 14), и первый канал теряет работоспособность. На фиг. 14 момент наступления опасных замыканий отмечен символом , уставка принята равной 400 мс.

Далее рассмотрим реализации отдельных блоков структурной схемы, реализующей предлагаемый способ.

Цифровые характеристические сигналы фаз (блоки 4 – 6) могут быть определены иначе, чем описано выше. Характеристический сигнал фазы можно создать пропорционально амплитуде

, (6)

промежуточного сигнала

(7)

полученного путем преобразования цифрового контролируемого сигнала фильтром ортогональных составляющих, настроенным на резонансную частоту аналогового фильтра (фиг. 6). Здесь и – косинусная и синусная ортогональные составляющие промежуточного сигнала ,  – период дискретизации.

В следующей реализации цифровой характеристический сигнал фазы создают пропорционально амплитуде контролируемого сигнала, определенной путем адаптивного структурного анализа. Для этого используют адаптивный нерекурсивный фильтр

(8)

настраиваемый на полное подавление контролируемого сигнала . (Антонов В.И. Адаптивный структурный анализ электрических сигналов: теория и ее приложения в интеллектуальной электроэнергетике. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та. 2018. 334 с.).

Затем определяют корни характеристического уравнения фильтра (8)

, (9)

Если среди корней характеристического уравнения присутствуют корни, ассоциированные с резонансной частотой упомянутого аналогового фильтра – и , то по ним формируют компонентную модель контролируемого сигнала

, (10)

Амплитуду контролируемого сигнала определяют следующим образом:

, (11)

В другой реализации изобретения контролируемый сигнал формируют в виде прямоугольных импульсов заданной длительности  и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса перемежающегося замыкания. В блоках 1 – 3 (фиг. 3) это реализуется с помощью пик-детектора с возможностью сброса выходного сигнала через заданный интервал времени (импульсная характеристика такого пик-детектора приведена на фиг. 15). Далее контролируемый сигнал преобразуется в цифровой характеристический сигнал в блоках 4 – 6 так же по формуле (3), как и в предыдущей реализации. При этом учитывается, что интервал усреднения удобно принимать равным длительности импульсов .

С целью разграничения опасных и неопасных перемежающихся дуговых замыканий необходимо выбирать длительность импульсной характеристики пик-детектора таким образом, чтобы при неопасных замыканиях уровень контролируемого сигнала успевал понизиться до минимального порога, т.е. до появления следующего импульса тока замыкания.

Остальные сигналы защиты формируются так же, как описано выше.

Таким образом, благодаря использованию заданного порога сравнения для контроля уровня наибольшего из характеристических сигналов, а также введению в защиту дополнительного сигнала срабатывания при перемежающихся дуговых замыканиях, находящихся на грани перехода к устойчивому замыканию, повышается надежность выявления и разграничения опасных и неопасных перемежающихся дуговых замыканий на землю цифровыми устройствами релейной защиты в электрических сетях среднего напряжения с изолированной или компенсированной нейтралью.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите электрических сетей. Технический результат заключается в повышении надежности выявления дугового перемежающегося замыкания. Достигается тем, что входную электрическую величину каждой фазы преобразуют в контролируемый сигнал с заданной характеристикой и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульсного тока перемежающегося замыкания, и на его основе создают характеристический сигнал. Затем используется заданный порог сравнения для контроля уровня наибольшего из характеристических сигналов, при этом вводится дополнительный сигнал срабатывания при перемежающихся дуговых замыканиях, находящихся на грани перехода к устойчивому замыканию. 7 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ защиты от перемежающегося дугового замыкания в электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью, согласно которому входную электрическую величину каждой фазы преобразуют в контролируемый сигнал с заданной характеристикой и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульсного тока перемежающегося замыкания, и на его основе создают характеристический сигнал, формируют сигнал замыкания на землю, если наибольший из характеристических сигналов фаз преодолеет заданный порог сравнения, при этом на заданном промежутке времени определяют число и средний период появления упомянутого сигнала замыкания на землю и, если указанный средний период окажется меньше заданной уставки времени, формируют сигнал перемежающегося дугового замыкания на землю, отличающийся тем, что дополнительно вводят порог шума, определяют пиковое значение суммы характеристических сигналов остальных фаз и, если оно выше порога шума, упомянутый порог сравнения задают пропорционально пиковому значению, иначе – равным порогу шума, кроме того, измеряют длительность сигнала замыкания на землю и, если она превышает заданную уставку, создают дополнительный сигнал срабатывания защиты, при этом общий сигнал срабатывания защиты формируют путем объединения сигнала перемежающегося дугового замыкания на землю и дополнительного сигнала срабатывания защиты по схеме логического ИЛИ, причем пиковое значение суммы характеристических сигналов остальных фаз выявляют с помощью уставочного пик-детектора, который подготавливают для выявления нового пикового значения каждый раз, когда сумма характеристических сигналов остальных фаз достигает своего минимального значения или порога шума.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве входной электрической величины принимают фазный ток защищаемого объекта.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве входной электрической величины принимают дифференциальный ток фазы, полученный как разность токов фазы в начале и конце защищаемого объекта.

4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что контролируемый сигнал формируют в виде затухающего колебания заданной частоты и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса тока перемежающегося замыкания во входной электрической величине.

5. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что контролируемый сигнал формируют в виде прямоугольных импульсов заданной длительности и амплитудой, пропорциональной пиковому значению импульса тока перемежающегося замыкания во входной электрической величине.

6. Способ по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что характеристический сигнал каждой фазы создают пропорционально среднеквадратичному значению контролируемого сигнала одноименной фазы на заданном интервале времени.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что характеристический сигнал фазы создают пропорционально амплитуде промежуточного сигнала, полученного путем преобразования контролируемого сигнала фильтром ортогональных составляющих.

8. Способ по п. 4, отличающийся тем, что характеристический сигнал фазы создают пропорционально амплитуде контролируемого сигнала, определенной путем его структурного анализа, причем в ходе структурного анализа настраивают адаптивный фильтр на полное подавление контролируемого сигнала, определяют корни его характеристического уравнения и, если среди корней характеристического уравнения присутствуют корни, согласованные с частотой контролируемого сигнала, то формируют по ним компонентную модель сигнала и оценивают амплитуду контролируемого сигнала.