|
|||||||||||
|
Богданов Дмитрий Александрович Таким образом основными задачами магистерской работы являются: Новизна данной работы заключается в построении метода включающего в себя два основных подхода к определению поврежденной фазы – амплитудного и фазового. Основным достоинством предложенного метода является большее быстродействие, которое достигается за счет того, что наличие повреждения определяется по амплитудным параметрам сети, а собственно поврежденная фаза по фазовым параметрам. В известных способах определения поврежденной фазы на землю используются как фазовые, так и амплитудные параметры колебательных сигналов. Использование фазовых параметров обеспечивает более высокую точность обработки сигналов, так как полезная информация извлекается относительно их нулевых переходов, что предотвращает появление ошибок распознавания малых изменений амплитудных параметров за ограниченное время из условий электробезопасности. Известен способ определения поврежденной фазы сети, реализованный в [6], при котором измеряют (с помощью датчиков) напряжение нулевой последовательности, одно из линейных напряжений сети и разность фаз между ними - начальную фазу напряжения нулевой последовательности, контролируют соответствие (с помощью порогового разделителя сигналов) значения начальной фазы напряжения нулевой последовательности опорным фазовым промежуткам величиною 90o, заданным для каждой фазы сети и включающим в себя значение начальной фазы соответствующего питающего фазного напряжения, и определяют поврежденную фазу сети - фиксируют фазу сети как поврежденную, по обнаруженному соответствию. Способ обладает низкой чувствительностью к утечкам из-за ограничения опорных фазовых промежутков величиною 90o. Реальная величина области изменения начальной фазы напряжения нулевой последовательности при однофазных опасных утечках в сети может превышать 90o под влиянием естественной несимметрии сопротивлений изоляции в фазах сети. Особенно это проявляется при высокоомных утечках - утечках с сопротивлением, близким к несимметричному сопротивлению изоляции. В результате выхода значения указанной начальной фазы за пределы опорного фазового промежутка поврежденная фаза сети не фиксируется. Для повышения чувствительности к утечкам требуется расширение опорных фазовых промежутков. В наиболее близком к предлагаемому способе определения поврежденной фазы на землю в трехфазной сети с изолированной нейтралью, реализованном в [7], измеряют напряжение нулевой последовательности (блоком измерения напряжения нулевой последовательности, включенным между искусственной нулевой точкой сети и землей), формируют с задержкой (на элементе задержки) сигнал о появлении опасной утечки на землю по увеличению напряжения нулевой последовательности (выявляемым амплитудным селектором), а также для каждой фазы сети задают опорный фазовый промежуток величиною не более 120o (с помощью формирователей опорных импульсов, названных в оригинале информационными, преобразующих питающие фазные напряжения в импульсы, длительностью которых задаются опорные фазовые промежутки), включающий в себя значение начальной фазы питающего фазного напряжения, контролируют соответствие опорному фазовому промежутку значения начальной фазы напряжения нулевой последовательности (с помощью D-триггера, запоминающего значение опорного импульса по фронту тактового импульса, сформированного из напряжения нулевой последовательности) и определяют поврежденную фазу сети - фиксируют фазу сети как поврежденную, по обнаружению упомянутого соответствия при наличии сигнала о появлении опасной утечки на землю (логическим элементом И, выявляющим совпадение во времени обнаруженного соответствия и сигнала о появлении опасной утечки на землю). Способ позволяет назначать опорные фазовые промежутки с максимально возможной величиною - 120o, при превышении которой нарушается однозначность определения поврежденной фазы в трехфазной сети. Это обеспечивает требуемую по условиям электробезопасности чувствительность к опасной утечке на землю на фоне возможной естественной несимметрии сопротивлений изоляции в фазах сети. Однако при этом снижается надежность работы способа ввиду ухудшения устойчивости против ошибочного определения поврежденной фазы с высокоомной опасной утечкой на землю. Ухудшение указанной устойчивости обусловлено вынужденно малой величиной задержки формирования сигнала о появлении опасной утечки на землю. Так, задержка является в способе главным средством обеспечения устойчивости против ошибочного определения поврежденной фазы и устойчивости против ложных срабатываний - определения фазы сети как поврежденной под воздействием импульсных помех при отсутствии опасной утечки. Нижняя граница величины задержки определяется условием устойчивости против ложных срабатываний. Верхняя же граница определяется условиями электробезопасности и рассчитывается на основе допустимого времени существования в сети (до защитного шунтирования) тока через человека (с минимальным сопротивлением) за вычетом времени срабатывания исполнительных устройств. Для сетей напряжением 1140 В величина задержки может быть допущена до двух периодов колебаний промышленной частоты. При более высоком напряжении сети задержка, разумеется, должна быть меньше. Появление высокоомных однофазных опасных утечек может сопровождаться переходным процессом с длительностью, превышающей указанную величину задержки. Такой переходный процесс в совокупности с другими помехами непромышленной частоты может "уводить" результат отсчета начальной фазы напряжения нулевой последовательности за границы опорного фазового промежутка, относящегося к поврежденной фазе сети. В итоге соседняя фаза сети ошибочно определяется как поврежденная. Устранение рассмотренного недостатка возможно путем проверки результата определения поврежденной фазы на достоверность. Однако простое повторение операций способа с целью такой проверки неприемлемо из-за дополнительных затрат времени, недопустимых при определении поврежденной фазы сети с низкоомной, наиболее опасной утечкой на землю. Своевременное и безошибочное определение фазы шахтной участковой сети, в которой возникла утечка тока на землю, является важнейшим фактором защиты человека при его попадании под фазное напряжение. В [1] описан быстродействующий способ решения этой задачи. Его сущность основана на гипотезе о синусоидальном изменении потенциала нейтрали uN(t) и заключается в определении его аргумента (начальной фазы) по двум смежным точкам мгновенного значения uN(t1) и uN(t1+ Δt). Если разница по фазе между этими точками Δωt фиксирована и составляет от 10 до 20 градусов, задача сводится к решению системы. (2) Исключив из (1 и 2) амплитуду UNмах, получаем функцию y(ψ) и ее производную y'(ψ): . (4) Во-вторых, производная y'(ψ) всегда положительна. Следовательно, функция y(ψ) всегда возрастает и в пределах своего периода (0…π) имеет только один корень, который легко выделить, воспользовавшись тем свойством функции (3), что она имеет разрывы второго рода при значениях аргумента ψ, отвечающих условию: Второй вариант реализации цифрового УВФ учитывает наличие експоненциальной составляющей переходного процесса при возникновении утечки и основан на предположении, что мгновенное значение потенциала нейтрали меняется по закону: τ – постоянная времени експоненциальной составляющей. Таким образом, первый вариант цифрового УВФ по простоте реализации и быстродействию является предпочтительным. Проведенное исследование математической модели УВФ, выпоненной по первому варианту, показало ее устойчивое функционирования как в условиях динамического режима сети и наличия высших гармоник, так и при скачкообразном изменении сопротивления утечки, что характерно при попадании человека под фазное напряжение. Кроме того, высокое быстродействие УВФ позволяет за короткое время (от 5 до 15 мс) получить серию от 8 до 20 результатов значений аргумента потенциала нейтрали ψ. Усредняя полученные результаты, можно определить поврежденную фазу с высокой степенью достверности вне зависимости от интенсивного воздействия помех и искажений реальной сети. На рис. 1 приведена упрощенная схема алгоритма работы УВФ, в соответствии с выражениями (1…5). Схема содержит: Блок задания отсчета времени, в функции которого входит слежение за одним из линейных напряжений (в данном случае это uАВ) и момент перехода его через нуль при возрастании задать (обновить) новый отсчет времени. Блок запуска УВФ. Его основная функция заключается в слежении за величиной потенциала нейтрали, при достижении которым порогового значения Uпр, включить УВФ в работу. Одновременно с этим блокируется обновление начала отсчета времени с тем, чтобы до принятия решения отсчет времени не изменялся. Кроме того, блок продолжает слежение за величиной uN(t) и через каждую четверть периода подтверждает (или не подтверждает) команду на включение УВФ в работу. Это необходимо, чтобы избежать ложных срабатываний защиты при воздействии кратковременных помех в составе потенциала нейтрали при, например, коммутациях в нагрузке. Блок определения промежуточных результатов является основным решающим звеном, в котором по двум смежным мгновенным значениям uN(t1) и uN(t2) определяется очередной результат аргумента ψ. Исследование модели УВФ совместно с динамической моделью сети показало работоспособность предлагаемого способа и его устойчивое функционирование в условиях воздействия не только составляющих переходного режима и высших гармоник в составе потенциала нейтрали, но также при скачкообразном изменении сопротивления утечки, что характерно для сопротивления человека, внезапно оказавшегося под фазным напряжением [2]. |
||||||||||