RU2079145C1 - Selective device for detection of single-phase short circuits to ground for cable lines - Google Patents
Selective device for detection of single-phase short circuits to ground for cable lines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2079145C1 RU2079145C1 RU9494027957A RU94027957A RU2079145C1 RU 2079145 C1 RU2079145 C1 RU 2079145C1 RU 9494027957 A RU9494027957 A RU 9494027957A RU 94027957 A RU94027957 A RU 94027957A RU 2079145 C1 RU2079145 C1 RU 2079145C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- outputs
- adder
- input
- code selection
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение предназначено для определения кабеля, в котором произошло однофазное замыкание на землю в разветвленной трехфазной кабельной сети с изолированной или компенсированной нейтралью,и может быть использовано для контроля и диагностики состояния кабельной сети крупных электрических подстанций (обычно 6 10 кВ), обеспечивающих энергоснабжение промышленных объектов и жилых массивов. The invention is intended to determine the cable in which a single-phase earth fault occurred in a branched three-phase cable network with isolated or compensated neutral, and can be used to monitor and diagnose the state of the cable network of large electrical substations (usually 6 10 kV), providing power to industrial facilities and housing estates.
Известно устройство максимальной токовой защиты нулевой последовательности с реле тока, включенными на выходе трансформаторами тока нулевой последовательности (ТТНП) (1). Однако такая защита может быть выполнена при условии, когда суммарное значение емкостных токов основной частоты 50 Гц всех элементов данной сети (ΣIi) примерно в 10 раз превышает наибольшее значение емкостного тока одного элемента (Ii). Таким образом, недостаток устройства состоит в неспособности работать при небольшом числе присоединений, а также при наличии в группе присоединений одного с большой протяженностью, а, следовательно, с большим емкостным током. Известное устройство "Поиск-1" использует для селекции замыканий фиксированную настройку на 5, 7, 11 и 13 гармоники частоты 50 Гц и допускает работу в полосе частот. Однако в нем не учитываются параметры кабельной сети, что является его недостатком.A device is known for overcurrent protection of a zero sequence with a current relay connected at the output of a zero sequence current transformer (TTNP) (1). However, such protection can be performed provided that the total value of the capacitive currents of the fundamental frequency of 50 Hz of all elements of a given network (ΣI i ) is approximately 10 times higher than the largest value of the capacitive current of one element (I i ). Thus, the disadvantage of the device is the inability to work with a small number of connections, as well as in the presence in the group of connections of one with a large length, and, therefore, with a large capacitive current. The known device "Search-1" uses a fixed setting for 5, 7, 11 and 13 harmonics of a frequency of 50 Hz to select faults and allows operation in the frequency band. However, it does not take into account the parameters of the cable network, which is its drawback.
Известное устройство "Зонд" работает на принципе сравнения амплитуд и фаз токов только 11 гармоники, информация же о других гармониках не используется, что существенно ограничивает его возможности. The known device "Probe" works on the principle of comparing the amplitudes and phases of the currents with only 11 harmonics, but information about other harmonics is not used, which significantly limits its capabilities.
Общей характеристикой аналогов является то, что они накладывают ограничения на параметры кабельной сети и при их использовании невозможно учесть информацию об анализируемой сети. A common characteristic of analogues is that they impose restrictions on the parameters of the cable network and when using them it is impossible to take into account information about the analyzed network.
Наиболее близким является устройство УСЗ-ЗМ, содержащее последовательно соединенные ТТНП, блок спектральной обработки, равновесный сумматор гармоник и индикаторное устройство (2). Устройство УСЗ-ЗМ использует информацию об уровне нескольких высших гармоник с целью повышения селективности однофазных замыканий на землю в кабельных линиях. Однако равновесное суммирование высших гармоник не учитывает особенности кабельной линии (ее длину, мощность нагрузки и другие параметры кабельной линии), что снижает эффективность селективности прототипа. The closest is the device USZ-ZM, containing series-connected TTNP, a spectral processing unit, an equilibrium harmonic adder and an indicator device (2). The USZ-ZM device uses information on the level of several higher harmonics in order to increase the selectivity of single-phase earth faults in cable lines. However, the equilibrium summation of the higher harmonics does not take into account the features of the cable line (its length, load power and other parameters of the cable line), which reduces the efficiency of the selectivity of the prototype.
Целью изобретения является повышение эффективности селективного определения однофазного замыкания на землю в кабельных линиях. The aim of the invention is to increase the efficiency of the selective determination of single-phase earth faults in cable lines.
Указанная цель достигается тем, что в селективное устройство определения однофазного замыкания на землю, включающее в себя N измерительных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП) и согласующий каскад, последовательно соединенные блок спектральной обработки и M амплитудных детекторов, а также индикаторный блок и реле тока. Введены первый мультиплексор, последовательно соединенные второй мультиплексор, аналогоцифровой преобразователь (АЦП), весовой сумматор, демультиплексор, блок выбора кода и ключевая схема, а также пороговый элемент и блок управления. This goal is achieved by the fact that in a selective device for determining a single-phase earth fault, which includes N measuring channels, each of which contains a series-connected current transformer of zero sequence (TTNP) and a matching stage, series-connected block of spectral processing and M amplitude detectors, and also an indicator unit and a current relay. The first multiplexer, a second multiplexer connected in series, an analog-to-digital converter (ADC), a weight adder, a demultiplexer, a code selection unit and a key circuit, as well as a threshold element and a control unit, are introduced.
В предлагаемом устройстве используется весовая обработка спектральных составляющих высших гармоник с учетом особенности параметров кабельной линии, а также дополнительная логическая обработка, использующая выходной сигнал реле тока, срабатывающего от тока, наведенного во второй обмотке трансформатора тока нулевой последовательности, управляющего через пороговый элемент ключевой схемой. The proposed device uses weighting of the spectral components of higher harmonics, taking into account the features of the cable line parameters, as well as additional logic processing using the output signal of a current relay driven by the current induced in the second winding of the zero sequence current transformer that controls the key circuit through the threshold element.
Для анализа кабельных линий на предмет определения однофазного замыкания на землю введены первый и второй мультиплексоры, АЦП, весовой сумматор, демультиплексор, схема выбора максимума, ключевая схема, пороговый элемент и блок управления. To analyze cable lines for determining a single-phase earth fault, the first and second multiplexers, an ADC, a weight adder, a demultiplexer, a maximum selection circuit, a key circuit, a threshold element, and a control unit are introduced.
На фиг. 1 дана функциональная схема устройства; на фиг.2 структурная схема блока выбора кода; на фиг.3 то же, цифрового весового сумматора; на фиг. 4 то же блока выбора максимума; на фиг.5 пример возможной реализации блока выбора максимума из двух двоичных чисел; на фиг.6 функциональная схема блока управления; на фиг.7 временные диаграммы работы устройства. In FIG. 1 is a functional diagram of the device; figure 2 is a structural diagram of a block selection code; figure 3 is the same, a digital weight adder; in FIG. 4 the same maximum selection block; figure 5 an example of a possible implementation of the block selection of the maximum of two binary numbers; Fig.6 functional diagram of the control unit; Fig.7 timing diagrams of the operation of the device.
Селективное устройство определения однофазного замыкания на землю содержит N измерительных каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные ТТНП1 и согласующий каскад 2, последовательно соединенные блок 3 спектральной обработки и амплитудные детекторы 4, а также индикаторный блок 5 и реле 6 тока, причем каждый выход блока спектральной обработки соединен с соответствующими входами амплитудного детектора 4, а входы реле 6 тока и согласующего каскада 2 объединены между собой. A selective device for determining a single-phase earth fault contains N measuring channels, each of which includes a series-connected TTNP1 and a matching stage 2, a series-connected spectral processing unit 3 and amplitude detectors 4, as well as an indicator unit 5 and a current relay 6, each output of the spectral unit processing connected to the corresponding inputs of the amplitude detector 4, and the inputs of the relay 6 of the current and the matching stage 2 are combined.
Устройство также содержит первый мультиплексор 7 и последовательно соединенные второй мультиплексор 8, АЦП 9, весовой цифровой сумматор 10, демультиплексор 11, блок 12 выбора кода и ключевую схему 13, а также пороговый элемент 14 и блок 15 управления. The device also contains a first multiplexer 7 and a second multiplexer 8, ADC 9, a weight digital adder 10, a demultiplexer 11, a code selection unit 12 and a key circuit 13, and a threshold element 14 and a control unit 15 connected in series.
Устройство работает следующим образом. При возникновении однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью изменяются емкостные составляющие тока на землю, что приводит к нарушению баланса токов нулевой последовательности в поврежденной линии (3). При этом появляется сигнал с выхода вторичной обмотки ТТНП 1, содержащий составляющие высших нечетных гармоник (1 3). С ТТНП 1 поступает сигнал одновременно на входы реле 6 тока и согласующего каскада 2, с выхода которого сигнал через первый мультиплексор 7 поступает на блок 3 спектральной обработки. Этот блок представляет набор аналоговых фильтров, настроенных на 3, 5, 7, 11 и 13-ю гармоники основной рабочей частоты 50 Гц. Сигналы гармоник поступают на амплитудные детекторы 4, которые выделяют действующее значение каждой гармоники. Второй мультиплексор 8 последовательно подключает аналоговые значения амплитуд каждой гармоники на вход АЦП 9, где аналоговый уровень гармоники преобразуется в цифровой код, который записывается в первый регистр сдвига весового цифрового сумматора 10. The device operates as follows. When a single-phase short circuit occurs in an isolated neutral network, the capacitive components of the current to earth change, which leads to an imbalance in the zero sequence currents in the damaged line (3). In this case, a signal appears from the output of the secondary winding of TTNP 1 containing the components of the higher odd harmonics (1 3). With TTNP 1, a signal is simultaneously supplied to the inputs of the current relay 6 and the matching stage 2, from the output of which the signal through the first multiplexer 7 is fed to the spectral processing unit 3. This block represents a set of analog filters tuned to the 3rd, 5th, 7th, 11th and 13th harmonics of the main operating frequency of 50 Hz. Harmonic signals are fed to amplitude detectors 4, which highlight the effective value of each harmonic. The second multiplexer 8 sequentially connects the analog values of the amplitudes of each harmonic to the ADC input 9, where the analog harmonic level is converted into a digital code, which is recorded in the first shift register of the weighted digital adder 10.
После того, как все цифровые коды гармоник будут записаны в соответствующие регистры сдвига, блоком 10 вычисляется взвешенная сумма гармоник по алгоритму:
где Uk взвешенный цифровой отсчет,
ai весовые коэффициенты,
XM-i цифровые коды гармоник.After all digital harmonic codes are recorded in the corresponding shift registers, block 10 calculates the weighted sum of harmonics according to the algorithm:
where U k is a weighted digital sample,
a i weights
X Mi digital harmonics codes.
Информационная величина Uk, соответствующая каждой кабельной линии, через демультиплексор 11 поступает на вход блока 12 выбора кода, в котором выбирается сигнал максимального уровня и он записывается в соответствующий N-й регистр сдвига. Функциональное назначение блока 12 - определить максимальный код информационного сигнала, который поступает на вход одного из ключевых каскадов. При однофазном замыкании на землю в одной из N кабельных линий протекают токи высших гармоник, которые трансформируются в ТТНП 1, что приведет к возможному срабатыванию нескольких реле тока 6 (в виде недостаточной селективности). Сигнал с выхода реле тока поступает на вход порогового элемента 14, на выходе которого в результате "опрокидывания" образуется логическая единица. Сигнал единицы поступает на вход ключевой схемы 13, которая аппаратура "закреплена" за определенной кабельной линией. Если в этой кабельной линии будет фазовое замыкание на землю, то на второй вход одной ключевой схемы также поступит логическая единица. Ключевая схема при наличии на ее входах информационных сигналов об однофазном замыкании кабельной линии однозначно выдаст информационный код на соответствующий индикатор, которые также аппаратурно заклеены за каждой кабельной линией. Индикаторное устройство зафиксирует однозначное фазовое замыкание на землю в конкретной кабельной линии.The information value U k corresponding to each cable line is supplied through the demultiplexer 11 to the input of the code selection unit 12, in which the maximum level signal is selected and recorded in the corresponding Nth shift register. The functional purpose of block 12 is to determine the maximum code of the information signal that is input to one of the key stages. When a single-phase earth fault occurs in one of the N cable lines, higher harmonics currents flow, which are transformed into TTNP 1, which will lead to the possible operation of several current relays 6 (in the form of insufficient selectivity). The signal from the output of the current relay is fed to the input of the threshold element 14, the output of which, as a result of "tipping", forms a logical unit. The signal of the unit is fed to the input of the key circuit 13, which the equipment is “fixed” to a specific cable line. If there is a phase fault to earth in this cable line, then the logical unit will also go to the second input of one key circuit. A key circuit in the presence of information signals at its inputs about a single-phase circuit of a cable line will unambiguously give an information code to the corresponding indicator, which are also hardware-sealed behind each cable line. The indicator device will record a unique phase fault to earth in a particular cable line.
Блок 12 выбора кода /фиг.2/ работает следующим образом. В N регистрах сдвига 16 записаны цифровые коды информационных сигналов по каждой кабельной линии, которые поступают под действием управляющего сигнала на N входов схемы выбора максимума 17 и одновременно на первые входы N компараторов 18. Схема выбора максимума 17 пропускает на выход код максимального числа, который поступает на вторые объединенные входы компаратора 18. В одном из компараторов 18 цифровые коды совпадают и на его выходе будет логическая единица, на остальных компараторах логический нуль. Регистры сдвига 16 и компараторы 18 аппаратурно "закреплены" за каждой кабельной линией. Block 12 code selection / Fig.2/ works as follows.
Цифровой весовой сумматор 10 /фиг. 3/ работает следующим образом. На вход первого из M последовательно включенных регистров сдвига 19 поступает цифровая информация об уровнях высших гармоник одной из кабельных линий. Под действием управляющего сигнала информация из регистров сдвига 19 передается на первые выходы умножителей 20, на вторые входы которых под действием управляющих сигналов поступают цифровые коды весовых коэффициентов ai, соответствующие данной кабельной линии. Весовые коэффициенты по каждой кабельной линии хранятся в постоянном запоминающем устройстве 21 /ПЗУ/. На адресные входы ПЗУ поступают код кабельной линии (старший разряды адреса) и код номера весового коэффициента (младшие разряды адреса). В соответствии с заданным блоком управления 15 адресом из ПЗУ выбирается цифровой код, соответствующий заданному номеру весового коэффициента для анализируемой кабельной линии. Весовые коэффициенты ai в двоичной системе счисления программируются с учетом особенностей кабельной линии. После умножения цифровых кодов уровней гармоник XM-i на соответствующей весовой коэффициент ai произведения поступают на входы M входового сумматора 22. В момент поступления управляющего сигнала на сумматор результирующая сумма (цифровой код) поступает на демультиплексор для дальнейшей обработки.Digital weight adder 10 / Fig. 3 / works as follows. The input of the first of M series-connected
Блок 17 выбора максимума (фиг. 4) содержит M2 схем 23 выбора максимального числа из двух двоичных чисел X1 и X2. Пример возможной реализации схемы выбора максимума из двух двоичных чисел приведена на фиг. 5. Она содержит цифровой компаратор 24, на входы которого поступает два двоичных числа X1, X2. В зависимости от соотношения на выходе компаратора формируется логическая единица на одном из выходов. Трем состояниям X1>X2, X1=X2 и X2>X1 соответствуют активные выходы на одном из трех выходов цифрового компаратора, два первых выхода которых поступают на схему ИЛИ 25. С выхода схемы ИЛИ сигнал (соответствующий состоянию X1>X2) поступает на первую ключевую схему 26, с выхода которой цифровой код числа X2 поступает на вход второй схемы 27 объединения. Схема объединения объединяет выходы первой и второй ключевых схем 26, 28 и представляет собой групп двух входовых схем ИЛИ, число которых равно числу разрядов объединяемых кодов. В отдельных случаях объединение выходов первой и второй ключевых схем может быть выполнено монтажным способом. Цифровой сигнал с третьего выхода компаратора 24 при условии X2>X2 поступает на первый вход второй ключевой схемы 28, на второй вход которой поступает код числа X2. Если число X2>X1, то срабатывает вторая ключевая схема 28 и код числа X2 через схему 27 объединения поступает для сравнения в следующую ступень сравнения на аналогичную схему выбора максимума 23. Таким образом, на фиг. 4 и приведен один из вариантов реализации схемы выбора максимума из чисел на элементах цифровой вычислительной техники.The maximum selection block 17 (Fig. 4) contains
Блок управления (фиг. 6) содержит последовательно соединенные задающий генератор 29 тактовой частоты, первый делитель 30 частоты и счетчик 31 старших разрядов адреса (поступающих на ПЗУ 21 весового сумматора 10/, последовательно соединенные первый элемент 32 задержки и счетчик 33 адреса (поступающего на демультиплексор 11), последовательно соединенные второй элемент 34 задержки и второй делитель 35 частоты, а также счетчик 36 младших разрядов адреса (поступающих на ПЗУ 21 весового сумматора 10), первый формирователь 37, второй формирователь 38 и третий формирователь 39. Частота задающего генератора 29 выбирается максимальной, исходя из верхней частоты анализируемого спектра сигнала (fт 2•fmax 1,3 кГц в соответствии с теоремой В. А. Котельникова). Для преобразования аналогового сигнала в цифровой код используется АЦП 9, тактовая частота преобразования которого равна fт. Сигнал с частотой fт поступает с третьего выхода 3 блока 15 управления. Счетчик 36 младших разрядов адреса преобразует частоту в адресный код. Цифровые коды адресов поступают с выхода блока управления на соответствующие входы второго мультиплексора 8 и цифрового весового сумматора 10. Первый и второй формирователи формируют управляющие сигналы для работы весового сумматора 10, первый элемент задержки 32 и счетчик 33 адреса демультиплексора формируют код адреса демультиплексора, задержанный относительно кода адреса строки. Эта задержка необходима для синхронизации работы устройства. Аналогично второй элемент задержки 34 и второй делитель 35 частоты формируют задержанный управляющий сигнал схемы блока 12 выбора кода. Таким образом, блок 15 управления обеспечивает последовательный "спрос" кабельных линий для выявления однофазного замыкания на землю.The control unit (Fig. 6) contains a serially connected
При одновременном уровне гармоник в кабельной линии протяженностью 3 км и нагрузочном рабочем токе 100 А эффективность предложенного технического решения, оцениваемая по вероятности правильного обнаружения замыкания, превысила эффективность прототипа на (10-15%) в зависимости от варьирования весовыми коэффициентами гармоник в сравнении с простым усреднением гармоник, как это выполнено в прототипе. ЫЫ2а At the simultaneous level of harmonics in a cable line with a length of 3 km and a load operating current of 100 A, the effectiveness of the proposed technical solution, evaluated by the probability of correct detection of a fault, exceeded the prototype efficiency by (10-15%) depending on the variation in the harmonic weight coefficients in comparison with simple averaging harmonics, as is done in the prototype. YY2a
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9494027957A RU2079145C1 (en) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | Selective device for detection of single-phase short circuits to ground for cable lines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9494027957A RU2079145C1 (en) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | Selective device for detection of single-phase short circuits to ground for cable lines |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2079145C1 true RU2079145C1 (en) | 1997-05-10 |
RU94027957A RU94027957A (en) | 1997-05-20 |
Family
ID=20158949
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9494027957A RU2079145C1 (en) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | Selective device for detection of single-phase short circuits to ground for cable lines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2079145C1 (en) |
-
1994
- 1994-07-25 RU RU9494027957A patent/RU2079145C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Кузнецов А. П. Определение мест повреждения на воз- душных линиях электропередачи. - М.: Энергоатомиздат, 1989. 2. Справочник по наладке вторичных цепей электричес- ких станций и подстанций. /Под ред. Э.С. Мусаэляна. - Энергоатомиздат, 1989, с. 204-205, рис. 7.8. 3. Шабад М.А. Защита трансформаторов 10кВ. - М.: Энергоатомиздат, 1980. 4. Васильев А.А. и др. Электрическая часть станций и подстанций. - М.: Энергоатомиздат, 1990. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94027957A (en) | 1997-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4276605A (en) | Method and apparatus for supervising a digital protective relaying system | |
US4878142A (en) | High resistance ground fault protection | |
US3984737A (en) | Protective relaying system | |
US5854590A (en) | Method for generating a fault indication signal | |
EP0249215B1 (en) | Digital calculation type differential relay | |
US4821137A (en) | Positive sequence distance relay for AC power transmission line protection | |
CA1312653C (en) | Apparatus and method for reducing transient exponential noise in a sinusoidal signal | |
EP0026620A1 (en) | Method and apparatus for identifying faults in electric power transmission systems | |
AU601626B2 (en) | Digital protective relay | |
US5627712A (en) | Transformer differential relay | |
EP0046024A1 (en) | Earth leakage current breaker | |
RU2079145C1 (en) | Selective device for detection of single-phase short circuits to ground for cable lines | |
EP0371192A1 (en) | Electric quantity detecting method | |
US7206177B2 (en) | Device and method for protection against overcurrents in an electrical energy distribution cabinet | |
RU2073876C1 (en) | Method for detecting ground fault in power transmission line | |
Soldatov et al. | Informational fundamentals of the multiparameter differential protection of busbar generators against single line-to-ground faults | |
US5903157A (en) | Measuring system for enclosed high-voltage switchgear | |
KR940010663B1 (en) | High resistance grounding fault detecting apparatus and the method | |
RU2050660C1 (en) | Method for detecting defective phases in power transmission line or feeder | |
RU2217769C1 (en) | Selective device for detecting phase-to-ground fault in cable lines | |
EP1455428B1 (en) | Electronic tripping device for low-voltage circuit-breakers | |
KR0179744B1 (en) | Electric relay | |
Bertrand et al. | Earth-fault detection in a compensated earthed network, without any voltage measurement: a new protection principle | |
SU868651A1 (en) | Device for determining earthing location in dc power network | |
Witek | Algorithms of phase and current comparison protection for transmission lines |