СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ СИГНАЛА НЕИСПРАВНОСТИ
METHOD AND DEVICE TO GENERATE FAULT SIGNAL

Изобретение относится к способу с признаками согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения.
Способ описанного типа выполняется, например, коммерчески доступными дифференциальными устройствами защиты или дифференциальными защитными реле. Подобные защитные устройства служат тому, чтобы в случае неисправности в установке передачи энергии или элементе системы передачи выработать сигнал неисправности, который указывает на соответствующую неисправность. В процессах включения в установке передачи энергии могут, однако, известным образом возникать пики тока и процессы изменения тока, которые в нормальном режиме работы установки передачи энергии типичны для неисправности, то есть указывают на неисправность в установке передачи энергии. По этой причине известные защитные устройства проверяют, не проводится ли в установке передачи энергии процесс включения, и блокируют выработку сигнала неисправности, если соответствующий процесс включения имеет место. За счет блокирования сигнала неисправности во время процесса включения предотвращается то, что алгоритмы защиты защитного устройства срабатывают во время процесса включения и инициируют сигнал неисправности, хотя в действительности не имеется никакой неисправности, а происходит обычный процесс включения. Способы генерации сигналов неисправности, при которых во время процесса включения блокируется генерация сигнала неисправности, выполняются, например, в защитных устройствах, которые реализуются компанией Siemens AG под наименованием продукции 7UT631/63X.
В основе изобретения лежит задача предложить способ генерации сигнала неисправности, при котором процессы включения распознаются особенно надежным образом, и блокирование сигнала неисправности в соответствии с этим осуществляется также особенно надежным образом.
Эта задача в соответствии с изобретением решается способом с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения, предпочтительные формы выполнения соответствующего изобретению способа приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с изобретением предусмотрено, что проверяется, имеет ли по меньшей мере один ток установки передачи энергии в течение заданного минимального временного интервала за длительность периода тока плоскую характеристику тока, и что генерация сигнала неисправности блокируется, если упомянутый по меньшей мере один ток в течение заданного минимального временного интервала имеет плоскую характеристику тока.
Существенное преимущество соответствующего изобретению способа следует усматривать в том, что процессы включения могут быть надежно различены по отношению к фактическим внутренним ошибкам в установке передачи энергии. При этом в основе изобретения лежит знание того, что в процессах включения повторно возникают плоские характеристики тока, но этого не имеет места при внутренней неисправности установки. В данном месте соответствующий изобретению способ устанавливает путем проверки, продолжается ли такая плоская характеристика тока заданный минимальный временной интервал в течение длительности периода, и если это имеет место, то генерация сигнала неисправности блокируется.
В случае тока, проверяемого в отношении его характеристики тока, речь может идти, например, о дифференциальном токе в дифференциальном защитном реле, о токе проводника в ответвлении или стороне трансформатора, нулевом токе, токе нулевой точки в соединении звездой (нейтрали) трансформатора, или одном или более токов проводников установки передачи энергии.
В случае трехфазной установки передачи энергии в качестве предпочтительного усматривается то, что на заданном месте измерения измеряется ток проводника в каждой фазе трехфазной линии, проверяется, имеют ли все три тока проводников одновременно в течение заданного минимального временного интервала за длительность периода тока одновременно плоскую характеристику тока, и что генерация сигнала неисправности блокируется, если все три тока проводников в течение заданного минимального временного интервала имеют плоскую характеристику тока.
Чтобы ненужное блокирование сигнала неисправности предотвращать особенно надежным образом, кроме того, может, например, быть предусмотрено, что генерация сигнала неисправности блокируется только тогда, когда все три тока имеют в течение заданного минимального временного интервала одновременно плоскую характеристику тока, и, кроме того, выполняется дополнительное условие блокирования.
Например, генерация сигнала неисправности блокируется только тогда, когда все три тока, а также ток нулевой точки и/или нулевой точки в соединении звездой установки передачи энергии для заданного минимального временного интервала одновременно имеют плоскую характеристику тока.
В качестве альтернативы или дополнительно может быть предусмотрено, что генерация сигнала неисправности блокируется только тогда, когда все три тока имеют в течение заданного минимального временного интервала одновременно плоскую характеристику тока, и, кроме того, токи проводников превышают соответственно заданное пороговое значение тока.
Особенно просто и тем самым предпочтительно можно проверить, изменяется ли ток согласно плоской характеристике или нет, при этом характеристика тока может рассматриваться как плоская, если ее временное изменение в течение заданного минимального временного интервала меньше, чем пороговое значение изменения.
Пороговое значение тока и/или пороговое значение изменения могут, например, задаваться постоянными. Однако еще лучший результат способа защиты достигается тем, что пороговое значение тока и/или пороговое значение изменения является переменным и определяется в зависимости от по меньшей мере одного значения, измеренного на установке передачи энергии.
Например, пороговое значение тока и/или пороговое значение изменения устанавливаются в зависимости от по меньшей мере одного измеренного значения опорного тока. Предпочтительным образом, пороговое значение тока и/или пороговое значение изменения выбираются тем больше, чем больше измеренное значение опорного тока. Например, в качестве порогового значения тока и/или порогового значения изменения выбирается значение, пропорциональное измеренному значению опорного тока.
В случае трехфазной установки передачи энергии в качестве предпочтительного рассматривается, если на каждую фазу определяется и применяется соответственно индивидуальное для фазного проводника пороговое значение тока и/или индивидуальное для фазного проводника пороговое значение изменения, причем каждое из индивидуальных для фазных проводников пороговых значений тока и/или пороговых значений изменения предпочтительно определяется в зависимости от измеренного значения опорного тока соответствующей фазы.
В качестве измеренного значения опорного тока может, например, выбираться максимальное значение тока, которое измерено в предшествующем по времени опорном временном интервале.
В случае, если должен защищаться трансформатор, в качестве предпочтительного рассматривается, если генерация сигнала неисправности блокируется, если все три тока проводников трансформатора имеют в течение заданного минимального временного интервала одновременно плоскую характеристику тока.
В случае трансформатора с заземленной нулевой точкой в соединении звездой в качестве предпочтительного рассматривается, если генерация сигнала неисправности блокируется только в том случае, если все три тока проводников, а также дополнительно ток нулевой точки в соединении звездой трансформатора имеют в течение заданного минимального временного интервала одновременно плоскую характеристику тока.
Изобретение также относится к полевому прибору, в частности защитному устройству, которое имеет особенно хорошие характеристики защиты и во время процесса включения.
В соответствии с изобретением в этой связи предусмотрено, что полевой прибор имеет устройство оценки, которое пригодно для выполнения способа, как он описан детально выше.
Относительно преимуществ соответствующего изобретению полевого прибора, следует сослаться на приведенные выше выводы в связи с соответствующим изобретению способом. Предпочтительные формы выполнения соответствующего изобретению полевого прибора приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение поясняется далее на примерах выполнения, при этом на чертежах в качестве примера показано следующее:
Фиг. 1 - устройство с примером выполнения для соответствующего изобретению полевого прибора,
Фиг. 2 - пример выполнения для способа работы устройства оценки полевого прибора по фиг. 1,
Фиг. 3 - примерные характеристики тока в устройстве по фиг. 1 в случае процесса включения,
Фиг. 4 - примерные характеристики тока в устройстве по фиг. 1 в случае внутренней неисправности, то есть не для процесса включения,
Фиг. 5 - другой пример выполнения для устройства с полевым прибором.
На чертежах для наглядности идентичные или сопоставимые компоненты используются с одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг.1 показан участок 10 дополнительно не показанной установки передачи энергии (элемент системы передачи энергии). Участок 10 может, например, содержать трансформатор.
A
B
C
A
B
C
В месте 15 измерения участка 10 к трем фазным проводникам L1, L2 и L3 трансформатора подключен полевой прибор 30. Полевой прибор 30 оснащен устройством 40 оценки, к которому передаются измеренные величины тока, описывающие токи I1, I2 и I3, в случае которых речь может идти, например, об измеренных значениях тока, таких как значения выборок тока i(n), i(n) и i(n). Устройство 40 оценки оценивает значения выборок тока i(n), i(n) и i(n) и формирует сигнал F неисправности, если может быть установлена неисправность в установке 11 передачи энергии.
Устройство 40 оценки полевого прибора 30, кроме того, проверяет, может ли быть распознан процесс включения. В случае распознанного процесса включения генерация сигнала F неисправности блокируется, чтобы избежать ошибочного срабатывания полевого прибора 30.
A
B
C
A
B
C
На фиг. 2 для примера показана диаграмма последовательности операций, которая показывает пример выполнения для способа работы устройства 40 оценки по фиг. 1. Можно видеть значения выборок тока или выборки фазного тока i(n), i(n) и i(n), которые подаются на проверку 50 характеристики кривой. В рамках проверки 50 характеристики кривой проверяется, имеют ли токи проводников, описываемые значениями выборок тока i(n), i(n) и i(n), в установке 11 передачи энергии по фиг. 1 плоскую характеристику. Это может, например, проверяться согласно следующему уравнению (1):
причем С обозначает пороговое значение; нижние индексы А, В и С обозначают фазные проводники; и индексы (n) или (n-1) обозначают следующие друг за другом значения выборок.
В качестве альтернативы, проверка того, является ли характеристика тока плоской или нет, может также выполняться согласно одному из обоих следующих уравнений (2) или (3):
причем «&» обозначает логическое связывание «И», D обозначает заданное пороговое значение, и Ts - время выборки или интервал взятия выборок.
N
Пороговые значения С и D могут определяться, например, в зависимости от номинального тока I установки передачи энергии согласно фиг. 1. Например, может быть выбрано следующее:
N
С=0,025·I и
N
D=С/Ts=25·I (например, для Ts=0,001 с).
Если теперь в рамках проверки 50 характеристики кривой согласно фиг. 2 устанавливается, что все три тока проводников одновременно выполняют критерий для «плоской области» или плоской характеристики, то в блоке 60 значение счетчика Z увеличивается на значение 1, так что в случае первого распознавания «плоской области» значение счетчика Z составляет 1.
В блоке 70 проверки затем проверяется, достигло ли уже значение счетчика Z значение Z=2. Если это еще не имеет места, например, потому, что значение счетчика Z составляет только Z=1, то согласно ответвлению 80 происходит возврат на вход Е, и используются соответствующие следующие значения выборок тока. Чтобы иметь возможность различения этих следующих значений выборок тока от уже рассмотренных значений выборок тока, они далее обрабатываются с индексом счета (n+1).
A
B
C
Затем эти следующие значения выборок тока i(n+1), i(n+1) и i(n+1) также подвергаются проверке 50 характеристики кривой, и проверяется, имеют ли токи проводников в месте 15 измерений участка 10 по фиг. 1 также плоскую характеристику. Если это имеет место, то значение счетчика Z в блоке 60 вновь увеличивается на 1, так что оно принимает значение счетчика Z=2.
В блоке 70 проверки теперь устанавливается, что значение счетчика Z приняло значение 2, так что на этот раз не происходит ответвления 80 назад, а осуществляется ответвление 90 к блоку 100 опроса.
В блоке 100 опроса проверяется, приняло ли значение счетчика Z свое состояние счетчика Z=2 в течение последнего периода оценивания на основе следующих друг за другом значений выборок с последовательными индексами n и (n+1). Если это имеет место, то в блоке 110 распознается процесс включения, и генерируется сигнал SB блокирования, который блокирует генерацию сигнала F неисправности на выходе полевого прибора 30 по фиг. 1.
Если вместо этого в блоке 100 опроса устанавливается, что значение счетчика Z=2 не относится к следующим друг за другом циклам выборки n и (n+1), то согласно ответвлению 120 значение счетчика Z устанавливается вновь в нуль, и согласно ответвлению 130 осуществляется возврат на вход Е.
A
B
C
A
B
C
На фиг. 3 для примера показаны токи проводников на месте 15 измерений участка 10 согласно фиг. 1. Можно видеть значения выборок тока i(n), i(n) и i(n), их производные di, di и di, а также введенные из них индивидуальные для фаз сигналы блокирования CWAA, CWAB и CWAC.
Кроме того, показано связывание согласно логическому «И» трех сигналов блокирования CWAA, CWAB и CWAC, обозначенное условным обозначением CWA-all. Только если все три индивидуальных для фаз сигнала блокирования CWAA, CWAB и CWAC одновременно имеют логическую 1, и соответственно этому связывание по схеме «И» CWA-all в пределах длительности периода тока одновременно имеет логическую 1, то формируется сигнал SB блокирования.
Процедура работы способа проверки согласно фиг. 2, кроме того, представлена на фиг. 4, однако не для процесса включения, а для случая внутренней неисправности на стороне высокого напряжения трансформатора. Можно видеть, что хотя отдельные токи фазных проводников случайно имеют плоские области, так что это приводит к формированию индивидуальных для фаз сигналов блокирования CWAA, CWAB и CWAC, однако они не возникают одновременно, так что связывание по схеме «И» индивидуальных для фаз сигналов блокирования CWAA, CWAB и CWAC CWA-all не имеет логической «1», а постоянно равно логическому «0». В соответствии с этим на выходе устройства 40 оценки не формируется сигнал SB блокирования.
В вышеприведенных уравнениях (1)-(3) исходили из постоянного порогового значения для проверки характеристики 50 кривой согласно фиг. 2. В качестве альтернативы могут также использоваться переменные пороговые значения или адаптивные пороговые значения, или дополнительно может учитываться соответствующий уровень тока для тока проводников.
Проверка 50 характеристики кривой по фиг. 2 на основе постоянного порогового значения для производной тока, а также на основе дополнительной проверки абсолютного уровня тока может, например, выполняться на основе следующих уравнений:
Пороговые значения Dc и Dd могут, например, составлять следующее:
N
Dc=0,5·I и
N
Dd=30·I
Также могут применяться переменные пороговые значения Dc и Dd, например, по отношению к амплитуде измеренного тока проводника или дифференциального тока Id. Так, например, может иметь место следующее:
Dc=0,2·Id(n) и
1
Dd=0,2·Dc·2πf≈12,5·Id(n)
Также пороговые значения могут регулироваться адаптивным образом, например, на основе соответствующего уровня тока или настраиваться на них. Например, выработка индивидуального для фазного проводника сигнала блокирования может осуществляться только тогда, когда для тока фазного проводника выполняется одно или оба из следующих условий:
Оба последних уравнения можно словесно сформулировать, например, следующим образом: «Если текущее значение выборки меньше, чем 0,3-кратное значение наибольшего значения выборки последнего периода, то проверить, достаточно ли мала производная тока по отношению к текущему значению выборки. Если это так, то имеет место плоская область.
При объяснении способа работы устройства 40 оценки согласно фиг. 1 исходили, например, из того, что сигнал BS блокирования должен формироваться только в том случае, если все три тока проводников одновременно имеют плоскую характеристику. В качестве альтернативы, сигнал BS блокирования также вырабатывается и в том случае, если нулевой ток, ток нулевой точки в соединении звездой или только один из токов фазных проводников имеет плоскую характеристику. Выбор того, какие из токов, протекающих в установке передачи энергии, должны использоваться, может быть согласован с индивидуальным выполнением соответствующей установки передачи энергии.
A
B
C
4
На фиг. 5 показан другой пример выполнения для установки передачи энергии. В примере выполнения согласно фиг. 5, в дополнение к токам фазных проводников, также измеряется ток нулевой точки в соединении звездой трансформатора, который обозначен условным обозначением I4. Для устройства 40 оценки предоставляются, таким образом, не только токи фазных проводников, но и дополнительно также ток нулевой точки в соединении звездой или его значения выборок i(n), i(n), i(n) и i(n).
При выполнении согласно фиг. 5 может также осуществляться блокирование защитного прибора или формирование сигнала BS блокирования, например, уже в том случае, когда только ток I4 нулевой точки в соединении звездой вместе с одним или двумя токами фазных проводников имеет плоскую характеристику. Проверка, проходит ли ток нулевой точки в соединении звездой плоским образом или нет, может выполняться, например, так, как пояснялось выше, в особенности в связи с фиг. 2 и в связи с приведенными выше уравнениями.