способ и устройство для определения замыкания фазы на землю

Формула изобретения

1. Способ определения замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии электрической сети, включающий:

мониторинг нулевой последовательности тока в трехфазной электрической линии и нулевой последовательности напряжения в электрической сети; и

определение замыкания на землю в электрической сети на основе величины нулевой последовательности напряжения, отличающийся тем, что:

определяют разность между нулевой последовательностью тока до замыкания на землю и нулевой последовательностью тока во время замыкания на землю;

определяют разность между нулевой последовательностью напряжения до замыкания на землю и нулевой последовательностью напряжения во время замыкания на землю;

определяют полную проводимость нейтрали или величину, ей соответствующую, на основе отношения между разностями нулевых последовательностей токов и разностями нулевых последовательностей напряжений; и

сравнивают определенную полную проводимость нейтрали или величину, ей соответствующую, с заранее заданной рабочей характеристикой, с целью определения точки замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии, причем заданная рабочая характеристика, будучи представленной на плоскости полной проводимости, определяет закрытую область, таким образом, что центр закрытой области отстоит от начала координат плоскости полной проводимости в направлении отрицательной реактивной проводимости и/или в направлении отрицательной активной проводимости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что:

сравнение определенной полной проводимости или величины ей, соответствующей, с заранее заданной рабочей характеристикой, с целью определения точки замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии включает:

определение места нахождения полной проводимости нейтрали внутри или снаружи указанной закрытой области, определенной заранее заданной рабочей характеристикой на плоскости полной проводимости; и

определение точки замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии, когда определенная полная проводимость нейтрали находится снаружи указанной закрытой области, определенной заранее заданной рабочей характеристикой на плоскости полной проводимости.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что закрытая область определяется кругом или эллипсом, центр которых отстоит от начала координат плоскости полной проводимости в направлении отрицательной реактивной проводимости и/или в направлении отрицательной активной проводимости.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что закрытая область определяется кругом, центр которого отстоит от начала координат плоскости полной проводимости в направлении отрицательной реактивной проводимости и/или в направлении отрицательной активной проводимости таким образом, что сегмент круга исключен из закрытой области, причем указанный сегмент определен линией, определенной величиной заранее заданной активной проводимости.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что закрытая область является многоугольником, имеющим три или более сторон, образованных соответствующими тремя или более линиями.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что включает обновление заранее заданной рабочей характеристики, когда состояние переключения трехфазной электрической линии изменяется или на заранее заданных временных интервалах.

7. Устройство для определения замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии (30) электрической сети содержит:

средство для измерения нулевой последовательности тока в трехфазной электрической линии (30) и нулевой последовательности напряжения электрической сети и

средство для определения замыкания фазы на землю в электрической сети на основе величины нулевой последовательности напряжения, отличающееся тем, что также содержит:

средство для определения разности между нулевой последовательностью тока до замыкания на землю и нулевой последовательностью тока во время замыкания на землю;

средство для определения разности между нулевой последовательностью напряжения до замыкания на землю и нулевой последовательностью напряжения во время замыкания на землю;

средство для определения полной проводимости нейтрали или величины, ей соответствующей, на основе отношения между разностью нулевых последовательностей токов и разностью нулевых последовательностей напряжений; и

средство для сравнения определенной полной проводимости нейтрали или величины, ей соответствующей, с заранее заданной рабочей характеристикой, с целью определения точки замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии, причем заданная рабочая характеристика, будучи представленной на плоскости полной проводимости, определяет закрытую область, таким образом, что центр закрытой области отстоит от начала координат плоскости полной проводимости в направлении отрицательной реактивной проводимости и/или в направлении отрицательной активной проводимости.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что

средство для сравнения определенной полной проводимости нейтрали или величины, ей соответствующей, с заранее заданной рабочей характеристикой, с целью определения точки замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии, также содержит:

средство определения места нахождения полной проводимости нейтрали внутри или снаружи указанной закрытой области, определенной заранее заданной рабочей характеристикой на плоскости полной проводимости; и

средство для определения точки замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии, когда определенная полная проводимость нейтрали находится снаружи указанной закрытой области, определенной заранее заданной рабочей характеристикой на плоскости полной проводимости.

9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что закрытая область определяется кругом или эллипсом, центр которых отстоит от начала координат плоскости полной проводимости в направлении отрицательной реактивной проводимости и/или в направлении отрицательной активной проводимости.

10. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что закрытая область определяется кругом, центр которого отстоит от начала координат плоскости полной проводимости в направлении отрицательной реактивной проводимости и/или в направлении отрицательной активной проводимости таким образом, что сегмент круга исключен из закрытой области, причем указанный сегмент определяется линией, определенной величиной заранее заданной активной проводимости.

11. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что закрытая область является многоугольником, имеющим три или более сторон, образованных соответствующими тремя или более линиями.

12. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что устройство также содержит средство для обновления заранее заданной рабочей характеристики, когда изменяется состояние переключения трехфазной электрической линии или на заранее заданных временных интервалах.

13. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что устройство также содержит реле защиты.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение относится к определению места замыкания на землю в трехфазной электрической сети.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В некоторых странах, таких как Польша, защита, основанная на нейтральной полной проводимости стала обычной функцией защиты от замыкания на землю. Поступила информация, что для лучшей эффективности определения места замыкания на землю по сравнению с традиционными способами существует способ защиты от замыкания на основе разности фоновых токов в незаземленных и компенсированных распределительных цепях.

[0003] В публикации "Критерий проводимости для определения места короткого замыкания на землю в автоматизированных системах подстанций в польских силовых распределительных сетях", Дж. Лоренц и др., CIRED 97, Бирмингем, Июнь 1997 описаны примеры использования систем защиты короткого замыкания на землю, основанной на нейтральной полной проводимости, и упоминается, что с середины 1996 г. до 2000 г. в Польше были установлены систем защиты, основанные на нейтральной полной проводимости.

[0004] Проще говоря, система защиты на нейтральной полной проводимости основана на оценке частн , т.е. нейтральной проводимости сети и сравнении результата с границами плоскости полной проводимости. Разностный ток 3I ₀ обычно измеряют при помощи кабельного стержневого трансформатора, а разностное напряжение измеряют на открытых третьих соединенных треугольником изолированных полюсах трансформаторов напряжения.

[0005] В настоящее время в существующих системах защиты на нейтральной полной проводимости клеммы реле обычно требуют от пользователя выбирать рабочий критерий из нескольких возможных, таких как, 1) чрезмерная полная проводимость, 2) чрезмерная активная проводимость (не направленной или прямой/обратной направленной) без/с наклоном, 3) чрезмерная реактивная проводимость (не направленной или прямой/обратной направленной) без/с наклоном или сочетанием критериев с 1 по 3 (симметричными вокруг начала координат). На Фиг.1 показаны примеры рабочих характеристик существующих функций защиты на полной проводимости, представленных на плоскости полной проводимости (B - ось реактивной проводимости, G - ось активной проводимости). Затененная область в каждой рабочей характеристике определяет нормальную и нерабочую области, т.е. когда нейтральная полная проводимость лежит в этой области, то защита работает. Например, характеристика чрезмерной полной проводимости может быть определена заданием абсолютной величины Y_set для полной проводимости , которая, как показано, определяет окружность на плоскости полной проводимости. Характеристика чрезмерной активной проводимости может быть определена заданием нижней (-G_set) и верхней (+G_set) границей активной проводимости, а наклон может затем быть задан с углом , как показано на фигуре. Аналогичным образом, характеристика чрезмерной реактивной проводимости может быть определена заданием абсолютной величины нижней (-B_set) и верхней (+B _set) границей реактивной проводимости, а наклон может затем быть задан с углом . Необходимо отметить, что характеристики чрезмерной активной проводимости и реактивной проводимости, показанные линиями на Фиг.1, в виде затененной области, показаны только частично для большей ясности.

Дополнительно могут быть сформированы различные комбинации рабочих характеристик путем комбинации установок примененных одновременно, например, установок чрезмерной активной проводимости и чрезмерной реактивной проводимости.

[0006] В известном уровне техники используемые рабочие характеристики зависят от обслуживания нейтральной точки сети. Например, в изолированных сетях должен быть применен критерий реактивной проводимости. В компенсированных сетях, напротив, рекомендуется использовать критерий чрезмерной активной проводимости. Это означает, что клемма реле с защитой на основе активной проводимости требует много установок, которые нужно выставить в соответствии со свойствами сети.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для воплощения способа для устранения вышеуказанных недостатков или, по крайней мере, снижения их последствия. Цели настоящего изобретения достигаются использованием способа, компьютерной программы и устройства, отличающихся тем, что содержится в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты воплощения данного изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

[0008] Данное изобретение основано на идее использования нулевой последовательности токов и напряжений до замыкания на землю и во время замыкания на землю для определения нейтральной полной проводимости, и сравнения определенной нейтральной полной проводимости или величины ее определяющей с заранее заданной для выявления замыкания на землю в трехфазной электрической линии, в которой заранее заданная рабочая характеристика, представленная на плоскости полной проводимости, определяет закрытую область таким образом, чтобы центр закрытой области отстоял от начала координат плоскости полной проводимости по направлению к отрицательной активной проводимости и/или по направлению к отрицательной реактивной проводимости.

[0009] Преимуществом данного изобретения является то, что оно обеспечивает упрощенную эксплуатацию и лучшие характеристики, что одновременно приемлемо для незаземленных сетей, заземленных сетей высокого активного сопротивления и/или компенсированных сетей. Поэтому, не требуется никаких изменений задаваемых значений, если, например, изменяется способ заземления, посредством отсоединения компенсационной катушки. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает иммунитет к активному сопротивлению замыкания на землю и разбалансировке системы при использовании дельта-величин при вычислении нейтральной полной проводимости. Поэтому, можно достичь высокой чувствительности в отношении того, как может быть обнаружено замыкание на землю в случае сетей высокого активного сопротивления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Ниже настоящее изобретение будет описано более подробно на примерах предпочтительных вариантов воплощения со ссылкой на приложенные чертежи, где:

Фиг.1 - показаны примеры рабочих характеристик функций полной проводимости;

Фиг.2 - упрощенная эквивалентная электрическая схема для трехфазной электрической сети;

Фиг.3 - упрощенная эквивалентная электрическая схема для трехфазной электрической сети;

Фиг.4 - пример рабочих характеристик варианта воплощения устройства;

Фиг.5 - пример рабочих характеристик варианта воплощения устройства; и

Фиг.6 - график, иллюстрирующий вариант воплощения устройства, осуществляющий несколько стадий защиты.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Настоящее изобретение не ограничено какой-либо конкретной системой и может быть использовано в различных трехфазных электрических системах для определения короткого замыкания на землю в трехфазной электрической линии электрической сети. Электрическая линия может быть, например, фидером, а также воздушной линией, кабелем или их комбинацией. Система электрической мощности, в которой данное изобретение может быть осуществлено, может представлять собой, например, сеть электропередачи или распределения или их части и может содержать несколько фидеров или секций. Более того, использование данного изобретения не ограничивается системами, использующими 50 Гц или 60 Гц в качестве основной частоты или какого-либо конкретного уровня напряжения.

[0012] Фиг.2 и Фиг.3 представляют собой упрощенные эквивалентные электрические схемы для трехфазной электрической сети, в которой может быть использовано настоящее изобретение. На Фиг.2 показана ситуация, при которой происходит замыкание в фоновой сети, а на Фиг.3 показана ситуация, при которой происходит замыкание в контролируемой сети. На указанных схемах показаны только те компоненты, которые необходимы для понимания сути изобретения. В качестве типичной сети может быть рассмотрена средневольтная (например, 20 кВ) распределительная сеть, запитываемая через подстанцию, содержащую трансформатор 10 и общую шину 20. Приведенная сеть также содержит линейные выходы, т.е. фидеры, один из которых отдельно обозначен позицией 30. Другие возможные фидеры, также как и другие части сети, кроме линии 30, относятся к 'фоновой сети' и представлены единственным линейным выходом 40, хотя следует отметить, что в фоновой сети могут существовать любое число фидеров или других сетевых элементов. Также возможно наличие нескольких питающих подстанций. Кроме того, данное изобретение можно использовать, например, в коммутирующей станции без трансформатора 10. Сеть является трехфазной сетью и три фазы трехфазной электрической системы обозначены как L1, L2, и L3. В типичной системе рабочий элемент настоящего изобретения может находиться в блоке реле (не показан), который размещен в начале линии 30, например, в точке соединения линии 30 и общей шины 20. Также возможно проводить только некоторые измерения в месте размещения такого блока, а результаты измерений затем передать на другой блок или блоки, расположенные в другом месте, для их дальнейшей обработки. Таким образом, функциональность данного изобретения может быть распределена между двумя или более физическими блоками, вместо нахождения в одном блоке, а также блок или блоки, в которых применено данное изобретение, могут быть размещены в защищаемой электрической линии 30 или вдали от нее. Это, однако, не имеет значения для основной идеи данного изобретения. Обозначения, используемые на Фиг.2 и Фиг.3, следующие:

= Нулевая последовательность напряжения сети

= Фаза L1 источника напряжения

= Фаза L2 источника напряжения

= Фаза L3 источника напряжения

= Ток через устройство заземления (компенсационная катушка плюс параллельный резистор)

= Полная проводимость устройства заземления (компенсационная катушка плюс параллельный резистор)

= Фазовый ток в фазе L1, измеренный на входе

= Фазовый ток в фазе L2, измеренный на входе

= Фазовый ток в фазе L3, измеренный на входе

= Фазовый ток в фазе L1 электрической линии

= Фазовый ток в фазе L2 электрической линии

= Фазовый ток в фазе L3 электрической линии

= Фазовый ток в фазе L1 фоновой сети

= Фазовый ток в фазе L2 фоновой сети

= Фазовый ток в фазе L3 фоновой сети

= Фазовое напряжение фазы L1 на подстанции

= Фазовое напряжение фазы L2 на подстанции

= Фазовое напряжение фазы L3 на подстанции

= Полная проводимость замыкания (при допущении, что это чистая активная проводимость)

= Полная проводимость фазы L1 электрической линии

= Полная проводимость фазы L2 электрической линии

= Полная проводимость фазы L3 электрической линии

= Полная проводимость фазы L1 фоновой сети

= Полная проводимость фазы L2 фоновой сети

= Полная проводимость фазы L3 фоновой сети

= Импеданс фазы нагрузки, соединенной треугольником

[0013] Измеренные величины тока и напряжения, предпочтительно полученные посредством подходящего измерительного устройства включая, например, датчики тока и напряжения (не показаны на фигурах), подсоединенные к фазам электрической системы. В большинстве существующих систем защиты эти величины легко доступны, и поэтому применение настоящего изобретения не обязательно требует использования каких-либо отдельных или специальных измерительных устройств. Каким образом эти величины получены не имеет значения для основной идеи данного изобретения, а зависит от конкретной измеряемой электрической системы.

[0014] В настоящем изобретении используется вычисление нейтральной полной проводимости т.е. остаточного тока ( является током нулевой последовательности), измеренной в начале электрической линии 30 и остаточного напряжения (с отрицательным знаком). В соответствии с вариантом воплощения данного изобретения вычисление нейтральной полной проводимости выполняется с "дельта"-величинами, где t1 и t2 обозначают две отдельные временные точки, перед t1 и во время t2 замыкания:

[0015] Начало вычисления нейтральной полной проводимости (например, согласно уравнению (1) предпочтительно проводится сразу при обнаружении замыкания на землю. Замыкание на землю в электрической сети может быть обнаружено на основе нулевой последовательности напряжения. Это можно осуществить двумя альтернативными способами: или при достижении амплитудой остаточного напряжения заранее заданного значения :

или при превышении величиной изменения остаточного напряжения заранее заданного значения:

[0016] Преимуществом использования уравнения (3) в качестве первичного критерия является то, что благодаря асимметрии сети во время исправного состояния сети может существовать большая амплитуда остаточного напряжения. Это может приводить к очень большим величинам U_0set, что в свою очередь приводит к нечувствительности при обнаружении замыкания. При применении уравнения (3) первичный критерий основывается на изменении, а не на абсолютной величине и, поэтому чувствительность обнаружения замыкания увеличивается.

[0017] На Фиг.2 показано, что при возникновении однофазного замыкания на землю вне электрической линии 30, измеренная нейтральная полная проводимость равна суммарной проводимости линии (сумме всех фазовых полных проводимостей) с отрицательным знаком:

где

= Суммарная полная проводимость линии

G _dtot = Суммарная активная проводимость линии

B_Fdtot = Суммарная реактивная проводимость линии

= G_L1Fd+j B_L1Fd

= G_L2Fd+j B_L2Fd

= G_L3Fd+j B_L3Fd

G_L1Fd = Активная проводимость фаза-на-землю фазы L1 электрической линии

G_L2Fd = Активная проводимость фаза-на-землю фазы L2 электрической линии

G_L3Fd = Активная проводимость фаза-на-землю фазы L3 электрической линии

B_L1Fd = Реактивная проводимость фаза-на-землю фазы L1 электрической линии

B_L2Fd = Реактивная проводимость фаза-на-землю фазы L2 электрической линии

B_L3Fd = Реактивная проводимость фаза-на-землю фазы L3 электрической линии

[0018] На практике составляющая активной проводимости весьма мала из-за потерь за счет сопротивления утечки в проводниках. По крайней мере, в воздушных сетях потери могут быть настолько малыми, что активное сопротивление не может быть точно измерено. В этом случае только составляющая реактивной проводимости верна. Характеристика защиты за счет полной проводимости должна задаваться такой, чтобы измеренная нейтральная полная проводимость во время внешнего замыкания оставалась внутри рабочих характеристик (=защита не работает). Внешнее замыкание означает, что точка замыкания расположена снаружи защищенной электрической линии 30. Это может быть достигнуто за счет задания характеристики полной проводимости такой, что указанная характеристика всегда покрывает суммарную линейную полную проводимость электрической линии. Величина суммарной линейной полной проводимости (сумма полных проводимостей всех фаз) можно определить на основе величины тока замыкания на землю электрической линии:

где

3 I_0Fd = амплитуда тока замыкания на землю, обеспечиваемого линией в случае внешнего замыкания (R_F=0 Ом)

U_phase=номинальное напряжение замыкания на землю сети

[0019] Другим вариантом определения суммарной полной проводимости линии является вычисление нейтральной полной проводимости на основе изменений фоновых тока и напряжения в течение исправного состояния. Эти изменения могут происходить из-за, например, изменения настройки компенсационной катушки или переключения параллельного резистора компенсационной катушки (включено или выключено):

где

= фоновый ток до изменения в течение исправного состояния

= фоновый ток после изменения в течение исправного состояния

= фоновое напряжение до изменения в течение исправного состояния

= фоновое напряжение после изменения в течение исправного состояния

[0020] Этот вариант воплощения обладает тем преимуществом, что установки характеристики полной проводимости могут быть обновлены при использовании уравнения (6) так, чтобы и установки и характеристики соответствовали текущему состоянию переключения электрической линии, т.е. суммарная линейная полная проводимость линии покрывалась этой характеристикой полной проводимости. Обновление может осуществляться в реальном времени, т.е. всегда, когда состояние переключения трехфазной электрической линии изменяется. Также обновление может осуществляться, например, на заранее заданных интервалах.

[0021] На Фиг.3 показано, что при возникновении однофазного замыкания на землю в электрической линии 30, измеренная нейтральная полная проводимость равна полной проводимости фоновой сети 40 плюс компенсационной катушки включая параллельный резистор:

где

= Активная проводимость фаза-на-землю фазы L1 фоновой сети

= Активная проводимость фаза-на-землю фазы L2 фоновой сети

= Активная проводимость фаза-на-землю фазы L3 фоновой сети

= Реактивная проводимость фаза-на-землю фазы L1 фоновой сети

= Реактивная проводимость фаза-на-землю фазы L2 фоновой сети

= Реактивная проводимость фаза-на-землю фазы L3 фоновой сети

G_CC = Активная проводимость устройства заземления (компенсационная катушка плюс параллельный резистор)

B_CC = Реактивная проводимость устройства заземления (компенсационная катушка)

[0022] G_CC представляет собой активную проводимость резистора, который соединен параллельно с компенсационной катушкой в случае компенсированных сетей. В случае незаземленных сетей B_CC=0, а G_CC является активным сопротивлением заземляющего резистора. В случае незаземленных сетей . Характеристика защиты полной проводимости должна быть выставлена такой, чтобы измеренная нейтральная полная проводимость при внутреннем замыкании перемещалась в направлении вовне рабочих характеристик (= защита действует). Внутреннее замыкание означает, что точка замыкания находится внутри защищенной электрической линии 30.

[0023] В случае компенсированной сети и при настроенной компенсационной катушке на резонанс (B _CC=B_Bgtot+B_Fgtot), измеренная нейтральная полная проводимость, вычисленная с помощью дельта величин, равна:

[0024] Это наиболее трудный случай различения внешнего и внутреннего замыкания, т.к. мнимая часть измеренной нейтральной полной проводимости одинакова в обоих случаях. Безопасная и надежная защита может потребовать, чтобы электрический ток через сопротивление рос во время замыкания благодаря использованию параллельного резистора. Вычисление нейтральной полной проводимости затем может оценить активную проводимость параллельного резистора. Поэтому различение может быть осуществлено на основе активной проводимости.

[0025] Согласно варианту воплощения настоящего изобретения после определения нейтральной полной проводимости, например, на основе уравнения (1), ее сравнивают с заранее заданной рабочей характеристикой для обнаружения замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии 30. В соответствии с этим вариантом воплощения заранее заданная рабочая характеристика при ее расположении на плоскости полной проводимости, определяет закрытую область таким образом, что центр закрытой области отстоит от начала координат плоскости полной проводимости в отрицательном направлении реактивной проводимости и/или в отрицательном направлении активной проводимости. Сравнение определенной нейтральной полной проводимости или этой показательной величины с заранее заданной рабочей характеристикой для определения замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии предпочтительно включает определение, находится ли определяемая нейтральная полная проводимость внутри или снаружи указанной закрытой области, которая определена заранее заданной рабочей характеристикой на плоскости полной проводимости, и определение замыкания фазы на землю трехфазной электрической линии, когда определенная нейтральная полная проводимость находится снаружи указанной закрытой области, определяемая заранее заданной рабочей характеристикой на плоскости полной проводимости. Другими словами, закрытая область является нерабочей областью, в которой защита не действует, а область снаружи закрытой области является рабочей областью, в которой действует защита, т.е. замыкание фазы на землю определяется в трехфазной электрической линии 30.

[0026] Согласно варианту воплощения настоящего изобретения закрытая область определяется окружностью или эллипсом, центр которой отстоит от центра координат плоскости полной проводимости в направлении отрицательной полной проводимости (В) и/или в направлении отрицательной активной проводимости (G). На Фиг.4 показан пример рабочей характеристики, которая содержит окружность 401, которая отстоит от начала координат плоскости полной проводимости на величины GN1 и BN1. Радиус окружности определяется величиной YN1. Функционирование защиты достигается, когда определенная нейтральная полная проводимость перемещается вовне закрытой области, определенной окружностью 401. Это может быть описано следующим математическим выражением:

где является измеренная нейтральная полная проводимость.

[0027] Задаваемые параметры GN1, BN1 и YN1 в общем случае должны выбираться такими, чтобы полная проводимость, соответствующая длине электрической линии 30 находилась внутри закрытой области предпочтительно с подходящим пределом защиты. Чем меньше окружность, тем защита более чувствительна. При изменении состояния соединения защищаемой электрической линии 30 соответственно нужно изменить задаваемые параметры. Это может происходить автоматически путем определения суммарной полной проводимости с помощью вычисления нейтральной полной проводимости на основе изменений фоновых тока и напряжения во время нормального состояния с использованием уравнения 6. После определения суммарной полной проводимости текущего состояния переключения с использованием уравнения 6 задаваемые параметры GN1, BN1 и YN1 могут быть обновлены в соответствии со следующими критериями:

r = множитель, определяющий предел (чувствительность) защиты, r>0

На Фиг.4 r=1,5

r = задаваемый параметр, определяемый пользователем.

[0028] Согласно варианту воплощения настоящего изобретения закрытая область является кругом, центр которого отстоит от центра координат плоскости полной проводимости в направлении отрицательной реактивной проводимости и/или в направлении отрицательной активной проводимости таким образом, что сегмент круга исключается из закрытой области, причем указанный сегмент определяется заранее заданной величиной активного сопротивления. Другими словами, на практике смещенный круг 401 полной проводимости может быть совмещен с одной или более "классическими" граничными линиями, например, с направленной вперед границей активной проводимости 402 как показано на Фиг.4. Величина G_max может быть получена из активной проводимости параллельного резистора: G_max =k G_CC, где предел безопасности k=0 1. Обычно значение величины k равно 0,8. В этом случае затененный сегмент 403 круга 401 исключен из закрытой области и поэтому входит в рабочую область, окружающую закрытую нерабочую область. В случае компенсированной сети, а также , предпочтительно задавать и использовать G_max . Однако, если компенсационная катушка и параллельный резистор рассоединены, то необходимо изменить задаваемые параметры.

[0029]. В соответствии с вариантом воплощения данного изобретения закрытая область представляет собой многоугольник, имеющий три или более сторон, образованных соответственно тремя или более линиями. Это показано на Фиг.5, где рабочая характеристика представляет собой смещенный прямоугольник (заштрихованная область), которая достигается установками B_min, B_max и G_min, G_max, которые и определяют линии, образующие стороны прямоугольника. Эта рабочая схема требует большего числа параметров, но обеспечивает большую гибкость и особенно полезны в случае проблематичных вариантов сетей. На практике установки G относятся к компонентам сети, вызывающим резистивный ток в сети, как, например, в возможной компенсирующей катушке и ее параллельном резисторе. В случае компенсированной сети, когда замыкание случается в защищенной электрической линии, определение полной проводимости обнаруживает:

Так как обычно , то на практике допустима следующая аппроксимация:

[0030] Другими словами, мнимая часть измеренной полной проводимости образована в основном за счет G_CC , вызванная параллельным резистором компенсационной катушки. Поэтому установки G_min и G_max выбирают предпочтительно так, чтобы G_CC был снаружи диапазона, определенным G_min и G_max. Установки B _min и B_max могут быть выбраны, например, соответствующими минимуму и максимуму ситуации переключения защищенной электрической линии 30. Здесь опять можно использовать подходящий предел защиты.

[0031] Одним из вариантов определения параметров критерия формы многоугольника полной проводимости является использование вычисленной нейтральной проводимости, основанной на изменении фоновых тока и напряжения в течение нормального состояния, с помощью уравнения (6). После определения суммарной полной проводимости линии текущего состояния переключения с помощью уравнения (6), можно определить установки G_min, G_max, B_min и B_max по следующим формулам:

G_max = Значение G_max может быть получено из активной проводимости параллельного резистора: G_max =k G_CC, где k=0 1 - это предел безопасности. Обычно значение величины k равно 0,8.

где d - коэффициент, определяющий предел (чувствительность) защиты. d>0, на Фиг.5 d=1,5.

где q1 - коэффициент, определяющий предел (чувствительность) защиты. q1>0, на Фиг.5 q1=1,0.

где q2 - коэффициент, определяющий предел (чувствительность) защиты. q2>0, на Фиг.5 q2=1,25.

d, q1, q2 являются параметрами установки, определяемыми пользователем.

[0032] Преимуществом разнообразных предложенных рабочих характеристик является то, что они применимы в незаземленных, заземленных высокого сопротивления и компенсированных сетях. Также количество установок уменьшено. Кроме того, процедура введения установок очень проста, т.к. установки для оси В могут быть вычислены на основе тока замыкания на землю в электрической линии, используя уравнение (5), а установки для оси G могут быть основаны на расчетном значении тока I_GCC: заземляющего/параллельного резистора: (G_min=k I_GCC/U_phase). Пример: I_GCC =5А, U_phase=20000/ 3 В, k=0,5; G_min=0,22 милиСименс. Как вариант установки можно определить используя изменения в течение нормального состояния сети и уравнение (6).

[0033] Согласно варианту воплощения настоящего изобретения активное сопротивление может быть одновременно (в течение замыкания внутри электрической линии) оценено с помощью уравнения:

Где , это напряжение фазы на землю замыкающей фазы в течение замыкания.

[0034] Для защиты в уравнении (10) используются те же измеренные величины и установки Другой возможностью вычислить активное сопротивление замыкания является вычисление полной проводимости замыкания с помощью дельта метода, используя изменения во время замыкания:

[0035] В соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения замыкающая фаза также может быть определена вычислением активного сопротивления замыкания которое оценивается одновременно для каждой фазы:

[0036] Логика выбора фазы подсказывает: в этом случае только один из трех активных сопротивлений замыкания имеет положительную величину, это замкнутая фаза с соответствующей величиной активного сопротивления. В случае, если два из трех активных сопротивлений замыкания имеют положительную величину, замкнутая фаза выбирается на основе сравнения амплитуд фазового напряжения между двумя претендентами: замкнутая фаза - это фаза с меньшей величиной фазового напряжения.

[0037] Согласно варианту воплощения настоящего изобретения может быть осуществлена концепция многоступенчатой защиты полной проводимости. Когда замыкание в электрической линии определено на основе критерия полной проводимости, то может быть применена оценка активного сопротивления замыкания для определения скорости операции. Могут быть применены множественные пороги активного сопротивления замыкания (ступени защиты). Могут быть установлены различные ступени, например, при RF>, RF>>, RF>>>, RF>>>> с соответствующим рабочими запаздываниями защиты t>, t>>, t>>>, t>>>>. Это показано на Фиг.6, которая иллюстрирует как образуется кривая 601 операции обратного типа одновременно с такими ступенями защиты.

[0038] Устройство в соответствии с любым вариантом воплощения данного изобретения или их сочетания, может быть выполнено в виде одного блока или двух или более отдельных блоков, которые выполнены с возможностью осуществления функционирования различных вариантов воплощения данного изобретения. В данном контексте термин "блок" относится в общем случае к физическому или логическому объекту, такому как физическое устройство или его часть, либо к программному алгоритму. Один или более таких блоков могут размещаться, например, в устройстве или оборудовании реле защиты. Например, устройство, согласно варианту воплощения данного изобретения, может содержать блок для контроля нулевой последовательности тока в трехфазной электрической линии и нулевой последовательности напряжения в электрической сети на основе величины нулевой последовательности напряжения, причем аналитический блок выполнен с возможностью определения разности между нулевой последовательностью тока до замыкания на землю и нулевой последовательностью тока во время замыкания на землю, определения разности между нулевой последовательностью напряжения до замыкания на землю и нулевой последовательностью напряжения во время замыкания на землю, и определения нейтральной полной проводимости, или величины ей соответствующей, на основе отношения между разностью нулевой последовательности токов и разностью нулевой последовательности напряжений, а также содержит блок сравнения, выполненный с возможностью сравнения нейтральной полной проводимости, или величины ей соответствующей, с заранее заданной рабочей характеристикой с целью определения замыкания фазы на землю в трехфазной электрической линии.

[0039] Устройство, согласно любому из вариантов воплощения настоящего изобретения, может быть осуществлено посредством компьютера или соответствующего оборудования, например, для обработки цифрового сигнала с установленным подходящим программным обеспечением. Указанный компьютер или соответствующее оборудование обработки цифрового сигнала предпочтительно содержит, по крайней мере, одно оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), обеспечивающее область хранения для арифметических операций и центральный процессор (ЦП), такой как универсальный процессор цифрового сигнала. ЦП может иметь несколько регистров, арифметический логический блок и блок управления. Блок управления управляется последовательностью программных инструкций передаваемых к ЦП от ОЗУ. Блок управления может содержать ряд микроинструкций для выполнения основных операций. Исполнение микроинструкций может варьироваться в зависимости от выполнения ЦП. Программные инструкции могут быть закодированы на языке программирования, который может быть языком программирования высокого уровня, таким как С, Java и т.п., или языком программирования низкого уровня, таким как машинный язык или ассемблер. Компьютер может также иметь операционную систему, которая обеспечивает системное обслуживание компьютерных программ, написанных с программными инструкциями. Компьютер или другое устройство, воплощающее настоящее изобретение, предпочтительно содержит подходящее входное средство для приема, например, данных измерения и/или управления, например, для управления оборудованием защиты, такого как выключатели, разъединители и прерыватели. Также возможно использование особой интегрированной схемы или схем и/или компонентов или отдельных устройств для осуществления любого варианта воплощения настоящего изобретения.

[0040] Настоящее изобретение может быть осуществлено в существующих элементах системы, таких как реле защиты, или подобных устройствах, или путем использования отдельных специализированных элементов или устройств как в концентрированном, так и распределенном виде. Современные устройства защиты для электрических систем, таких как реле защиты, обычно содержат процессоры и память, которые могут использоваться для осуществления функций, согласно вариантам воплощения данного изобретения. Таким образом, все модификации и конфигурации, необходимые для осуществления варианта воплощения настоящего изобретения, например, в существующих устройствах защиты могут быть выполнены в виде программных алгоритмов, которые могут быть осуществлены в виде добавленных или скорректированных программных алгоритмов. Если работа настоящего изобретения осуществляется с помощью программного обеспечения, то такое программное обеспечение может быть выполнено в виде компьютерного программного продукта, содержащего компьютерный программный код, который при его запуске на компьютере приводит к тому, что компьютер или соответствующее устройство выполняет действия в соответствии с данным изобретением, описанным выше. Указанный компьютерный программный код может храниться или быть записан на машиночитаемом носителе компьютера, с подходящей памятью, например, флэш-память или диск, откуда он может загружаться в блок или блоки, исполняющие этот программный код. Кроме того, указанный программный код, осуществляющий данное изобретение, может быть загружен в блок или блоки, осуществляющие компьютерный программный код, например, через подходящую информационную сеть, и он может заменить или обновить уже возможно имеющийся программный код.

[0041] Для специалиста в данной области очевидно, что по мере развития технологии, изобретательская идея может быть воплощена различными путями. Настоящее изобретение и его варианты воплощения не ограничены примерами, описанными выше, и могут изменяться в объеме формулы изобретения.