RU2716235C1 - Method of forming a controlled signal for digital protection against earth faults with intermittent arc fault - Google Patents
Method of forming a controlled signal for digital protection against earth faults with intermittent arc fault Download PDFInfo
- Publication number
- RU2716235C1 RU2716235C1 RU2019134983A RU2019134983A RU2716235C1 RU 2716235 C1 RU2716235 C1 RU 2716235C1 RU 2019134983 A RU2019134983 A RU 2019134983A RU 2019134983 A RU2019134983 A RU 2019134983A RU 2716235 C1 RU2716235 C1 RU 2716235C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- analog
- analog conversion
- selective
- carried out
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/16—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
Landscapes
- Testing Relating To Insulation (AREA)
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите электрических сетей и предназначено для применения в измерительном тракте защит от замыканий на землю.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to the relay protection of electrical networks and is intended for use in the measuring path of protection against earth faults.
Однофазное замыкание на землю вначале проявляется в виде неустойчивого кратковременного периодически возникающего дугового замыкания. Такой вид неустойчивого замыкания принято считать перемежающимся. Перемежающиеся дуговые замыкания считаются опасными, если период его возникновения сокращается до 50-70 мс (Халилов Ф.Х., Евдокунин Г.А., Поляков В.С. и др. Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений. Санкт-Петербург: Энергоатомиздат, 2002. - 268 с.; Аль-Хомиди М.С., Добрягина О.А., Шагурина Е.С., Шадрикова Т.Ю., Шуин В.А. Оценка чувствительности токовых защит от замыканий на землю в кабельных сетях 6-10 кВ. Вестник ИГЭУ. Вып. 3 - 2016. - С. 50-55). Опасность существования такого вида замыкания заключается в возможности его перехода в более сложное замыкание, например, двойное замыкание на землю.A single-phase earth fault is initially manifested in the form of an unstable short-term periodically arising arc fault. This type of unstable circuit is considered to be intermittent. Alternating arc faults are considered dangerous if the period of its occurrence is reduced to 50-70 ms (Halilov F.Kh., Evdokunin G.A., Polyakov V.S. et al. Protection of 6-35 kV networks from overvoltage. St. Petersburg: Energoatomizdat, 2002. - 268 p .; Al-Khomidi M.S., Dobryagina O.A., Shagurina E.S., Shadrikova T.Yu., Shuin V.A. Assessment of the sensitivity of current protection against earth faults in cable networks of 6-10 kV. Vestnik of IGEU. Issue 3 - 2016. - P. 50-55). The danger of the existence of this type of circuit is the possibility of its transition to a more complex circuit, for example, a double circuit to ground.
Перемежающиеся дуговые замыкания сопровождаются кратковременными импульсными токами. Для выявления такого вида замыкания алгоритмы защит, так или иначе, используют измерения пикового значения импульсного тока. В этом заключается основная сложность и недостаток существующих способов, использующих непосредственное цифровое измерение пикового значения импульса тока, поскольку для этого потребуется измерительный тракт с высокой частотой дискретизации.Alternating arc faults are accompanied by short-term surge currents. To identify this type of circuit, the protection algorithms, in one way or another, use measurements of the peak value of the pulse current. This is the main difficulty and disadvantage of existing methods using direct digital measurement of the peak value of the current pulse, since this will require a measuring path with a high sampling frequency.
Известен способ формирования контролируемого сигнала для цифровой защиты от замыканий на землю при перемежающемся дуговом замыкании, реализованный в устройствах (RU 2629375 C1, опубликовано 29.08.2017; Воробьева Е.А. Совершенствование принципов выполнения адаптивных токовых и адмитанских защит от замыканий на землю в кабальных сетях 6-10 кВ: дис. … канд. техн. наук: 05.14.02 / Воробьева Екатерина Андреевна. - Иваново, 2018. - 206 с.). Согласно этому способу контролируемый сигнал для цифровой защиты от замыканий на землю при перемежающемся дуговом замыкании формируют в результате следующих операций: сначала входной сигнал защиты преобразуют в цифровой сигнал с помощью аналого-цифрового преобразования (АЦП), затем из цифрового сигнала выделяют составляющую переходного процесса путем преобразования с помощью цифрового полосового частотного фильтра, и наконец, преобразуют ее в контрольный сигнал в виде среднеквадратической величины.A known method of generating a controlled signal for digital protection against earth faults with intermittent arc faults, implemented in devices (RU 2629375 C1, published 08/29/2017; Vorobyeva E.A. 6-10 kV: diss. ... candidate of technical sciences: 05.14.02 / Vorobyeva Ekaterina Andreevna. - Ivanovo, 2018 .-- 206 p.). According to this method, a monitored signal for digital protection against earth faults during an alternating arc fault is formed as a result of the following operations: first, the input protection signal is converted into a digital signal using analog-to-digital conversion (ADC), then the transient component is isolated from the digital signal by conversion using a digital band-pass frequency filter, and finally, convert it into a control signal in the form of a mean square value.
Недостаток способа заключается в необходимости выполнения измерительного тракта АЦП с высокой частотой дискретизации для обеспечения надлежащего выделения высокочастотных составляющих переходного процесса, что усложняет реализацию способа.The disadvantage of this method is the need to perform the measuring path of the ADC with a high sampling frequency to ensure proper selection of high-frequency components of the transition process, which complicates the implementation of the method.
Известен способ формирования контролируемого сигнала для цифровой защиты от замыканий на землю при перемежающемся дуговом замыкании, реализованный в устройстве, защищенном патентами (WO 2005/038474 A1, опубликовано 28.04.2005 и RU 2358273 C2, опубликовано 10.06.2009). Согласно способу из цифрового входного сигнала защиты выделяют составляющую переходного процесса путем обработки с помощью цифрового полосового частотного фильтра и преобразуют ее в контрольный сигнал с помощью дискретного преобразования Фурье.A known method of generating a controlled signal for digital protection against earth faults with intermittent arc faults, implemented in a device protected by patents (WO 2005/038474 A1, published April 28, 2005 and RU 2358273 C2, published June 10, 2009). According to the method, a transient component is isolated from a digital input protection signal by processing with a digital band-pass frequency filter and converted into a control signal using a discrete Fourier transform.
Недостатком способа является невысокая надежность выявления перемежающегося дугового замыкания при недостаточно высокой частоте дискретизации импульсного тока.The disadvantage of this method is the low reliability of detecting intermittent arc faults at not high enough sampling frequency of the pulse current.
Этот способ является наиболее близким к заявленному изобретению и принят за прототип.This method is the closest to the claimed invention and adopted as a prototype.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение надежности выявления дугового перемежающегося замыкания без повышения частоты дискретизации тракта АЦП.The technical result of the proposed invention is to increase the reliability of detecting an alternating arc circuit without increasing the sampling frequency of the ADC path.
Технический результат достигается тем, что выделяют составляющую переходного процесса электрической сети и преобразуют ее в контрольный сигнал, используя аналоговые преобразования до АЦП. Суть этих операций заключается в том, что упомянутую операцию выделения составляющей переходного процесса выполняют путем селективного аналогового преобразования непосредственно входного сигнала защиты, а упомянутую операцию преобразования составляющей переходного процесса в контрольный сигнал выполняют путем эталонного аналогового преобразования, формирующего сигнал с заданными характеристическими параметрами.The technical result is achieved by isolating the transient component of the electrical network and converting it into a control signal using analog conversions to the ADC. The essence of these operations is that the aforementioned operation of isolating a transient component is performed by selective analog conversion of the direct input of the protection signal, and the aforementioned operation of converting a transient component into a control signal is performed by a reference analog conversion generating a signal with specified characteristic parameters.
В первом примере реализации способа селективное аналоговое преобразование осуществляют с помощью аналогового фильтра заграждения основной гармоники.In the first example of the method, selective analog conversion is carried out using an analog filter of the fundamental harmonic fence.
Во втором примере реализации способа селективное аналоговое преобразование осуществляют с помощью аналогового фильтра верхних частот.In a second example of the method, selective analog conversion is performed using an analog high-pass filter.
В третьем примере реализации способа селективное аналоговое преобразование осуществляют с помощью тракта активно-адаптивного распознавания сигнала.In the third example of the method, selective analog conversion is carried out using the path of active adaptive signal recognition.
В четвертом примере реализации способа эталонное аналоговое преобразование осуществляют с помощью аналогового фильтра с заданной импульсной характеристикой.In the fourth example of the method, the reference analog conversion is carried out using an analog filter with a given impulse response.
В пятом примере реализации способа эталонное аналоговое преобразование осуществляют с помощью пик-детектора с возможностью сброса выходного сигнала через заданный интервал времени.In a fifth example implementation of the method, the reference analog conversion is carried out using a peak detector with the ability to reset the output signal after a predetermined time interval.
На фиг. 1 приведена осциллограмма тока поврежденной фазы при перемежающемся дуговом замыкании. Фиг. 2 содержит блок-схему, поясняющую способ формирования контролируемого сигнала в прототипе. На фиг. 3 представлен сигнал с отсчетами (светлые точки) в тракте АЦП прототипа. Фиг. 4 содержит блок-схему, поясняющую последовательность операций при формировании контролируемого сигнала в предлагаемом изобретении. Фиг. 5 представляет результат операции выделения составляющей переходного процесса путем селективного аналогового преобразования. Фиг. 6 показывает результат эталонного аналогового преобразования с помощью аналогового фильтра с заданной импульсной характеристикой. Фиг. 7 представляет результат эталонного аналогового преобразования с помощью пик-детектора. На фиг. 8 представлена импульсная характеристика аналогового фильтра с заданной импульсной характеристикой. На фиг. 9 приведена амплитудно-частотная характеристика аналогового фильтра с заданной импульсной характеристикой. На фиг. 10 представлена импульсная характеристика пик-детектора с возможностью сброса выходного сигнала через заданный интервал времени.In FIG. Figure 1 shows the waveform of the current of the damaged phase during an alternating arc fault. FIG. 2 contains a flowchart explaining a method for generating a controlled signal in a prototype. In FIG. 3 shows the signal with readings (light points) in the ADC path of the prototype. FIG. 4 contains a flowchart explaining the sequence of operations when generating a controlled signal in the present invention. FIG. 5 represents the result of the operation of isolating a transient component by selective analog conversion. FIG. 6 shows the result of a reference analog conversion using an analog filter with a given impulse response. FIG. 7 represents the result of a reference analog conversion using a peak detector. In FIG. 8 shows the impulse response of an analog filter with a given impulse response. In FIG. 9 shows the amplitude-frequency response of an analog filter with a given impulse response. In FIG. 10 shows the impulse response of the peak detector with the ability to reset the output signal after a specified time interval.
Как уже говорилось выше, перемежающееся дуговое замыкание сопровождается кратковременным импульсным током замыкания, обусловленным, например, разрядом емкостей электрической сети. Ток замыкания, протекающий по поврежденной фазе, представляет собой значительный импульс (фиг. 1), длительность которого 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).As mentioned above, intermittent arc faults are accompanied by a short-term pulse fault current due, for example, to the discharge of the capacities of the electric network. The fault current flowing through the damaged phase is a significant impulse (Fig. 1), the duration of which does not exceed several milliseconds (Likhachev F.A. Earth faults in networks with isolated neutral and with compensation of capacitive currents. M: Energy, 1971 ; p. 65).
Принцип работы прототипа (фиг. 2) требует измерения пикового значения импульсного тока трактом АЦП с высокой частотой дискретизации. При недостаточно высокой частоте дискретизации устройство теряет надежность функционирования, поскольку процесс дискретизации сигнала не синхронизирован с моментом появления перемежающегося дугового замыкания, и отчеты тока, измеряемые трактом АЦП прототипа, могут не соответствовать пиковому значению импульсного тока. Этот случай иллюстрирует фиг. 3, откуда видно, что при принятой частоте дискретизации на импульс тока приходится только один отчет (отсчет А). Поскольку место расположения этого отчета произвольно, то отсчет может и не оказаться на пике импульсного тока, что может привести к неправильному измерению значения пика и послужить причиной неустойчивого функционирования защиты.The principle of operation of the prototype (Fig. 2) requires measuring the peak value of the pulse current by the ADC path with a high sampling frequency. If the sampling frequency is not high enough, the device loses its operational reliability, since the signal sampling process is not synchronized with the moment of the appearance of an alternating arc fault, and the current reports measured by the prototype ADC path may not correspond to the peak value of the pulse current. This case is illustrated in FIG. 3, from which it can be seen that at the adopted sampling frequency, only one report falls on the current pulse (sample A). Since the location of this report is arbitrary, the reading may not appear at the peak of the pulse current, which can lead to incorrect measurement of the peak value and cause the unstable functioning of the protection.
В предлагаемом способе используется принципиально иной метод измерения импульсов перемежающегося дугового замыкания (фиг. 4). Сначала (еще до АЦП) из входного сигнала защиты путем селективного аналогового преобразования выделяют сам импульсный ток (составляющую переходного процесса). А преобразование импульсного тока в контрольный сигнал выполняют путем эталонного аналогового преобразования, формирующего сигнал с заданными характеристическими параметрами. Поэтому на входе АЦП действует продолжительный сигнал, что позволяет измерить ток перемежающегося дугового и при сравнительно невысокой частоте дискретизации и повысить, тем самым, надежность выявления перемежающегося дугового замыкания и упростить тракт АЦП.The proposed method uses a fundamentally different method for measuring pulses of an alternating arc fault (Fig. 4). First (even before the ADC), the pulse current itself (the transient component) is isolated from the input protection signal by selective analog conversion. And the conversion of the pulsed current into a control signal is performed by a reference analog conversion that generates a signal with specified characteristic parameters. Therefore, a continuous signal acts at the input of the ADC, which makes it possible to measure the current of an intermittent arc and at a relatively low sampling frequency, and thereby increase the reliability of detecting an intermittent arc fault and simplify the ADC path.
Рассмотрим работу предлагаемого способа, используя для этой цели диаграммы фиг. 1, 5-7.Consider the operation of the proposed method using the diagrams of FIG. 1, 5-7.
Из входного сигнала защиты
Если входным сигналом защиты является ток нулевой последовательности, в котором теоретически при замыкании на землю основной гармоники не существует, селективное аналоговое преобразование выполняют с помощью аналогового фильтра верхних частот.If the input protection signal is a zero-sequence current, in which, theoretically, when there is no fundamental harmonic at ground fault, selective analog conversion is performed using an analog high-pass filter.
В другом случае операцию выделения составляющей переходного процесса выполняют путем селективного аналогового преобразования с помощью тракта активно-адаптивного распознавания сигнала (RU 2564536 C1, опубликовано 10.10.2015; Антонов В.И., Наумов В.А., Солдатов А.В., Иванов Н.Г., Митин Д.А. Распознавание слабых гармонических составляющих сигналов в защите генератора от однофазного замыкания на землю. / Электрические станции. 2018. № 1 (1038). С. 52-55.). Этот способ заключается в предварительном адаптивном распознавании составляющей основной гармоники и последующем удалении ее путем вычитания из входного сигнала.In another case, the operation of isolating the transient component is performed by selective analog conversion using the path of active adaptive signal recognition (RU 2564536 C1, published 10.10.2015; Antonov V.I., Naumov V.A., Soldatov A.V., Ivanov N.G., Mitin D.A. Recognition of weak harmonic components of signals in protecting the generator from a single-phase earth fault. / Power plants. 2018. No. 1 (1038). P. 52-55.). This method consists in preliminary adaptive recognition of the fundamental component and its subsequent removal by subtraction from the input signal.
После этого выделенную составляющую переходного процесса (импульсный ток перемежающегося дугового замыкания)
Эталонное аналоговое преобразование может быть осуществлено по-разному. Например, оно может быть выполнено с помощью аналогового фильтра с заданной импульсной характеристикой, или с помощью пик-детектора с возможностью сброса своего выходного сигнала через заданный промежуток времени.Reference analog conversion can be done in different ways. For example, it can be performed using an analog filter with a given impulse response, or using a peak detector with the ability to reset its output signal after a specified period of time.
Рассмотрим способ, когда эталонное аналоговое преобразование осуществляют с помощью аналогового фильтра с заданной импульсной характеристикой (фиг. 8). В этом случае частота колебаний импульсной характеристики определяется резонансной частотой фильтра
Передаточная функция аналогового фильтра может быть следующей:The transfer function of an analog filter may be as follows:
где p - комплексная переменная,
Как уже говорилось выше, перемежающиеся дуговые замыкания считаются опасными, если период возникновения замыканий становится меньше определенной величины
Отсюда следует, что для разграничения опасных и неопасных перемежающихся дуговых замыканий необходимо, чтобы в контрольном сигнале присутствовали паузы. Для появления пауз в контрольном сигнале необходимо ограничивать его эффективную длительность, под которой здесь понимается отрезок времени, за который амплитуда импульсной характеристики понижается до заданного порога (5% от амплитуды контрольного сигнала). Иными словами, эффективная длительность импульсной характеристики аналогового фильтра принципиально должна быть меньше граничной значения
Импульсная характеристика аналогового фильтра на фиг. 9 построена при постоянной времени
В другом случае эталонное аналоговое преобразование осуществляют с помощью пик-детектора с возможностью сброса его выходного сигнала через заданный интервал времени. Выделенный импульсный ток (фиг. 5) путем эталонного аналогового преобразования с помощью пик-детектора, преобразуют в контрольный сигнал
Для разграничения опасных и неопасных перемежающихся дуговых замыканий необходимо, чтобы длительность импульсной характеристики пик-детектора
Таким образом, благодаря выделению импульсного тока перемежающегося дугового замыкания непосредственно из входного сигнала путем селективного аналогового преобразования и последующего его трансформирования с помощью эталонного аналогового преобразования в сигнал с заданными характеристическими параметрами еще до АЦП, повышается надежность выявления перемежающегося дугового замыкания без повышения частоты дискретизации тракта АЦП.Thus, by extracting the pulse current of an alternating arc fault directly from the input signal by selective analog conversion and then transforming it using a reference analog conversion into a signal with specified characteristic parameters even before the ADC, the reliability of detecting an alternating arc fault without increasing the sampling frequency of the ADC path increases.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019134983A RU2716235C1 (en) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | Method of forming a controlled signal for digital protection against earth faults with intermittent arc fault |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019134983A RU2716235C1 (en) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | Method of forming a controlled signal for digital protection against earth faults with intermittent arc fault |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2716235C1 true RU2716235C1 (en) | 2020-03-10 |
Family
ID=69768172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019134983A RU2716235C1 (en) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | Method of forming a controlled signal for digital protection against earth faults with intermittent arc fault |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2716235C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4545258A (en) * | 1983-07-05 | 1985-10-08 | Rosemount Inc. | Circuit with adjustable amplitude and rolloff frequency characteristics |
RU2035815C1 (en) * | 1992-08-14 | 1995-05-20 | Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова | Method of extraction of emergency component of short-circuit current |
WO2005038474A1 (en) * | 2003-10-22 | 2005-04-28 | Abb Oy | Method and apparatus for identifying intermittent earth fault |
RU2629375C1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-08-29 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" | Adaptive protection device from single phase-to-earth faults in networks with isolated neutral and with capacity currents compensation |
-
2019
- 2019-10-31 RU RU2019134983A patent/RU2716235C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4545258A (en) * | 1983-07-05 | 1985-10-08 | Rosemount Inc. | Circuit with adjustable amplitude and rolloff frequency characteristics |
RU2035815C1 (en) * | 1992-08-14 | 1995-05-20 | Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова | Method of extraction of emergency component of short-circuit current |
WO2005038474A1 (en) * | 2003-10-22 | 2005-04-28 | Abb Oy | Method and apparatus for identifying intermittent earth fault |
RU2629375C1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-08-29 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" | Adaptive protection device from single phase-to-earth faults in networks with isolated neutral and with capacity currents compensation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2011223559B2 (en) | Evaluating noise and excess current on a power line | |
CA2946139C (en) | Smart sensor network for power grid health monitoring | |
US5602709A (en) | High impedance fault detector | |
US10078105B2 (en) | Electrical system with arc fault detection | |
EP2841955A1 (en) | Method and apparatus for protecting power transformers from large electro-magnetic disturbances | |
Grichting et al. | Cascaded fuzzy logic based arc fault detection in photovoltaic applications | |
US20180358797A1 (en) | Method and device for detecting an electric arc in a photovoltaic installation | |
Huang et al. | Research on partial discharge monitoring system of switchgear based on wireless distributed TEV sensors | |
Li et al. | Fault detection method using high-pass filtering in VSC based multi-terminal DC system | |
RU2716235C1 (en) | Method of forming a controlled signal for digital protection against earth faults with intermittent arc fault | |
RU2744995C1 (en) | Method of protection against single-phase earth faults | |
RU2682240C2 (en) | Detecting fault, in particular transient fault in electrical network | |
RU2421737C1 (en) | Method of measuring potential of underground structure and device for implementing said method | |
KR101308003B1 (en) | Mehthod of arc detection based on wavelet | |
RU147273U1 (en) | DEVICE FOR CONTROL OF AN ARC EXTINGUISHING REACTOR | |
RU2764003C1 (en) | Method for protection against intermittent arcing fault in an electrical network with an isolated or compensated neutral | |
RU2097893C1 (en) | Single-phase selective ground fault protective gear for ac power mains and its operation | |
CN105981250A (en) | Method and device for generating a resonance signal indicating the presence of a ferroresonant oscillation in an electrical system | |
NO334166B1 (en) | Method and device for fault current monitoring in an electric AC network | |
RU2585966C1 (en) | Method for determining value and time of thermal effect of short circuit current | |
Maksimova et al. | Conversion of Intermittent Arc Fault Currents to Information Signals for Phase-to-Ground Fault Protection | |
RU2244992C1 (en) | Device for detecting single-phase ground faults in insulated-neutral networks | |
RU44104U1 (en) | DEVICE FOR TESTING LIGHT RESISTANCE OF AIRCRAFT VEHICLES | |
KR20140093033A (en) | Analyzing partial discharge diagnostic using window number | |
RU2530736C1 (en) | Method of diagnostics and directed protection against single-phase short circuits in electrical networks |