Формирование мгновенных дифференциальных и тормозных токов дифференциальной защиты сборных шин

The methods of forming differential and restraining currents for busbar differential protection are reviewed; their advantages and disadvantages are considered. It is noted that differential protection according to instantaneous values has a shorter proper response time than for current ones, since it does not use digital filters. The response characteristic and principles of setting selection are studied. The effect of sampling on the operation of differential protection according to instantaneous values is analyzed. It was found that without the use of special measures, depending on the sampling step and the frequency of the signal, the response current would fluctuate within the mathematical error caused by sampling. A solution to this problem has been proposed. The method consists in applying piecewise quadratic interpolation and determining the values of inflection points of instantaneous differential and restraining current signals. The efficiency of the proposed method has been evaluated. It was found that its use reduces the error in determining the response current. For a sinusoidal signal, the maximum possible error was 0.02 %. The trajectories of operating point s of differential protection in case of external fault with saturation of current transformers have been analyzed. In this mode, protection for instantaneous values is more susceptible to false positives than for active ones. The method of exponential smoothing of the restraining current was considered and investigated. An exponential smoothing algorithm has been proposed and analyzed. It is concluded that exponential smoothing increases the stability of the differential protection according to instantaneous values to external faults. Exponential smoothing does not exclude the possibility of false positive of differential protection in case of external fault.Рассмотрены способы формирования тормозных и дифференциальных токов для дифференциальной защиты шин, их преимущества и недостатки. Отмечено, что дифференциальная защита по мгновенным значениям имеет меньшее собственное время срабатывания, чем по действующим, поскольку не использует цифровые фильтры. Исследованы характеристика срабатывания и принципы выбора уставок. Проанализировано влияние дискретизации на работу дифференциальной защиты по мгновенным значениям. Выявлено, что без применения специальных мер в зависимости от шага дискретизации и частоты сигнала ток срабатывания будет колебаться в пределах математической погрешности, вызываемой дискретизацией. Предложено решение данной проблемы. Способ заключается в применении кусочно-квадратической интерполяции и в определении значений точек перегиба сигналов мгновенного дифференциального и тормозного токов. Произведена оценка эффективности предложенного способа. Установлено, что его использование уменьшает погрешность определения тока срабатывания. Для синусоидального сигнала максимально возможная погрешность составила 0,02 %. Проанализированы траектории движения рабочих точек дифференциальной защиты при внешнем коротком замыкании с насыщением трансформаторов тока. В данном режиме защита по мгновенным значениям более подвержена ложным срабатываниям, чем по действующим. Рассмотрен и исследован метод экспоненциального сглаживания тормозного тока. Предложен и проанализирован алгоритм экспоненциального сглаживания. Сделан вывод, что экспоненциальное сглаживание повышает устойчивость дифференциальной защиты по мгновенным значениям к внешним коротким замыканиям. Экспоненциальное сглаживание не исключает возможность ложного срабатывания дифференциальной защиты при внешних коротких замыканиях

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ТОКОВЫХ ЦЕПЕЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

False operation of the differential current protection leads to tripping of the most important electrical power objects. Fault of current transformer’s secondary circuits is one of the most often cause of false operation of the differential current protection. Early determination of this malfunction increases the reliability of the differential current protection and reduces the number of false trips. In the present article the methods of secondary open circuit determining for the differential protection are described. Some of the methods react instantly to the malfunction of secondary current circuits, and the other part identifies fault after a certain time delay. Each of considered methods has its advantages and disadvantages. A new method for determination secondary open current circuits based on the analysis of increments of the RMS values of differential and braking currents has been proposed. In this case, increments are calculated for half the period of the industrial frequency, which provides quick fault determining. The use of the sum and the difference between the increments of the brake and differential currents makes it possible to determine the open circuits in the most sensitive way. The method can be adapted to work with any type of differential protection, including transformer protection. The evaluation of the increment of the RMS current value is performed taking into account the transient process in the Fourier filter. With the aid of a computational experiment, the error limit of such an estimate is determined. The block diagram of algorithm of determination of open circuits on the basis of the analysis of increments of the acting values of brake and differential currents is presented; the principle of its functioning is described. The parameters of operation are determined. The limits of sensitivity of the method are determined, too. The time characteristics of the algorithm have been determined by the method of computational experiment with the of the MatLab Simulink simulation environment.Ложная работа дифференциальной токовой защиты приводит к отключению наиболее ответственных электроэнергетических объектов. Повреждение вторичных цепей трансформаторов тока является одной из наиболее частых причин ложной работы защиты. Своевременное определение данной неисправности повышает надежность работы дифференциальной токовой защиты и уменьшает количество ложных отключений. В статье рассмотрены способы определения обрыва вторичных токовых цепей для дифференциальной защиты. Часть способов мгновенно реагирует на неисправность вторичных токовых цепей, а другая часть идентифицирует повреждение по истечении определенной выдержки времени. Каждый из рассмотренных способов обладает своими преимуществами и недостатками. Предложен новый метод определения обрыва вторичных токовых цепей на основе анализа приращений действующих значений дифференциального и тормозного токов. При этом приращения вычисляются за половину периода промышленной частоты, что обеспечивает быстрое определение неисправности. Использование суммы и разности приращений тормозного и дифференциального токов позволяет с наибольшей чувствительностью определить обрыв токовых цепей. Метод может быть адаптирован для работы с любым типом дифференциальной защиты, в том числе с защитой трансформатора. Оценка приращения действующего значения тока выполняется с учетом переходного процесса в фильтре Фурье. С помощью вычислительного эксперимента установлен предел погрешности такой оценки. Представлена блок-схема алгоритма определения обрыва токовых цепей на основании анализа приращений действующих значений тормозного и дифференциального токов, описан принцип его функционирования. Произведено определение параметров срабатывания. Установлены пределы чувствительности способа. Методом вычислительного эксперимента с использованием среды моделирования MatLab Simulink определены временные характеристики алгоритма

Формирование ортогональных составляющих входных сигналов в микропроцессорных защитах

The use of orthogonal components (OS) is the main direction of determining information parameters in microprocessor relay protection and automation of electric power systems. Most of the measuring devices used in modern protection and automation devices can be implemented using known operating systems. Digital non-recursive frequency filters based on discrete Fourier transform are used for OS selection. The main disadvantage of these filters is their low performance that exceeds the period of industrial frequency. For the construction of high-speed measuring devices, this time of establishing the true output signal is often unacceptable. The article proposes to form the equivalent signal OS in microprocessor defenses based on the values of the cosine and sine axes of the main harmonic formed using a discrete Fourier transform, by multiplying them by a correction factor, which is a function of the values of the input signal amplitude and its main harmonic. The proposed algorithm for generating OS input signals in microprocessor defenses is characterized by high performance in transient modes and has wide functionality. A block diagram of an OS equivalent signal generator has been developed, all blocks of which can be implemented according to known schemes on a microelectronic and microprocessor element base. The OS shaper model is implemented in the MatLab-Simulink dynamic modeling environment. The model functioning was checked using two types of test actions, viz. a sinusoidal signal with a frequency of 50 Hz (idealized action) and a signal close to the real secondary current of a short-circuit current transformer. As a result of the performed calculations, a significant (up to two times) in the speed of the proposed method of OS formation in comparison with the formers based on the discrete Fourier transform, frequency properties of both formers being identical.Использование ортогональных составляющих (ОС) является основным направлением определения информационных параметров в микропроцессорной релейной защите и автоматике электроэнергетических систем. По известным ОС можно реализовать большинство измерительных органов, применяемых в современных устройствах защиты и автоматики. Для выделения ОС используются цифровые нерекурсивные частотные фильтры, в основу которых положено дискретное преобразование Фурье. Главный недостаток указанных фильтров – их невысокое быстродействие, превышающее период промышленной частоты. Для построения быстродействующих измерительных органов такое время установления истинного выходного сигнала часто является неприемлемым. В статье предлагается формировать ОС эквивалентного сигнала в микропроцессорных защитах по значениям косинусной и синусной ОС основной гармоники, сформированных с использованием дискретного преобразования Фурье, путем их умножения на корректирующий коэффициент, который является функцией значений амплитуды входного сигнала и его основной гармоники. Предлагаемый алгоритм формирования ОС входных сигналов в микропроцессорных защитах отличается высоким быстродействием в переходных режимах и обладает широкими функциональными возможностями. Разработана структурная схема формирователя ОС эквивалентного сигнала, все блоки которой могут быть реализованы по известным схемам на микроэлектронной и микропроцессорной элементной базе. В среде динамического моделирования MatLab-Simulink реализована модель формирователя ОС. Проверка функционирования модели проводилась с использованием двух видов тестовых воздействий – синусоидального сигнала с частотой 50 Гц (идеализированное воздействие), а также сигнала, приближенного к реальному вторичному току трансформатора тока при коротком замыкании. В результате выполненных расчетов установлено существенное (до двух раз) повышение быстродействия предлагаемого метода формирования ОС по сравнению с формирователями, основанными на дискретном преобразовании Фурье, при идентичности частотных свойств обоих формирователей

ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОНЫ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЛИНИЯХ 6–35 кВ

A method of increasing the reliability of determining the zone of short-circuit at the current step protection of the lines of 6–35 kV with unilateral power, aimed at improvement of their technical perfection, is presented in the paper. Having taken the relative simpleness of the current protection into account the authors consider the unilateral remote method of accounting the parameters of the emergency mode and the type of fault to be the most suitable for the implementation of the algorithm of its functioning as compared with the existing methods of fault location. The major factors affecting the accuracy of determining the short circuit zone based on the remote method are noted. With the use of the method of computational experiment the influence of the load currents and contact resistances of various levels on the magnitude and character of changes of errors of determination of the calculated distance of the point of fault from the protection installation location taking into account the errors of measuring transformers. It is demonstrated that in many cases of arc short circuit in a loaded line in order to define the zone of short-circuit with fair accuracy correction of the estimated distance to the fault as calculated by the parameters of the damaged loop (loops) is required. According to the results of numerical experiments corrective expressions on the basis of two relative asymmetry currents determined by the current values of the differences of the phase currents of the line for detecting a type of a short circuit have been obtained. The assessment of the efficiency of the proposed method has been performed. It is shown that the application of the proposed correction method makes it possible to increase the accuracy of fault zone detection. The dynamic properties of the proposed method applied to different modes of the line functioning have been studied. It is determined that in the worst case the definition of the fault zone for a maximum duration of 26 μsec is provided.В работе представлен способ повышения достоверности определения зоны короткого замыкания в токовых ступенчатых защитах линий 6–35 кВ с односторонним питанием с целью улучшения показателей их технического совершенства. Учитывая относительную простоту токовой защиты, наиболее целесообразным для реализации в алгоритме ее функционирования из существующих методов определения места повреждения представляется односторонний дистанционный метод по параметрам аварийного режима с учетом вида повреждения. Отмечены основные факторы, влияющие на достоверность определения зоны короткого замыкания на основе дистанционного метода. Методом вычислительного эксперимента исследовано влияние нагрузочных токов и переходных сопротивлений различного уровня на величину и характер изменения погрешностей определения расчетной удаленности места повреждения от места установки защиты при учете погрешностей измерительных трансформаторов. Показано, что во многих случаях дуговых коротких замыканий на нагруженной линии для определения зоны короткого замыкания с удовлетворительными погрешностями необходима коррекция расчетного расстояния до места повреждения, вычисленного по параметрам поврежденной петли (петель). По результатам вычислительного эксперимента получены корректирующие выражения на основе двух относительных несимметрий токов, определяемых по действующим значениям разностей фазных токов линии для выявления вида короткого замыкания. Выполнена оценка работоспособности предложенного способа. Показано, что применение этого способа коррекции позволяет повысить достоверность определения зоны повреждения. Исследованы динамические свойства предложенного метода для различных режимов работы линии. Установлено, что в наихудшем случае обеспечивается определение зоны повреждения за время, не превышающее 26 мс

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДА МЕЖДУФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ТОКОВЫХ ЗАЩИТАХ ЛИНИЙ 6–35 КВ

The methods of determining the kind of phase-to-phase short circuit (SC) on the lines of 6–35 kV for improvement the technical perfection of their current protections are surveyed. Preference is given to the method of determining damages according to the relative unbalance the operating currents. The possibility of using the phase currents or their differences for this purpose is demonstrated. The method of computational experiment was used to investigate the influence of the DC load line and transition resistance at the failure site on the relative asymmetry of the currents that ultimately determines the reliability of the establishment of the kind of SC. It is discovered that when the phase currents are used to determine the type of the failure higher sensitivity to remote two-phase SC is achieved. However, in this case, the accuracy of determining the type of failure is more affected by currents of the line load. Determination of failure with the use of differences of phase currents is less sensitive to remote two-phase SC. However, this provides less impact on the accuracy of determining the type of failure of load line currents. Transition resistance at the failure site shifts the relative unbalance of the currents to the area of twophase SC. It is established that despite the kind of a remote SC in parallel lines the proposed methods provide accurate determination of types of failure that simultaneously occurs on the monitored line. When failures are superpositioned, one of which is on one of the parallel lines near the common bus and the other second on the monitored bus, the kind of the SC, determined by any of the proposed methods may differ from the actual one. It depends on the types of resulting failures, the combinations of shutting phases, the steady-state current distribution in the network and other factors. The proposed methods make it possible to determine the kind of phase-to-phase SC, in the worst case, for a time not exceeding the period of industrial frequency.. Рассмотрены методы определения вида междуфазного короткого замыкания (КЗ) на линиях 6–35 кВ для повышения технического совершенства их токовых защит. При этом предпочтение отдано методу определения вида повреждения по относительной несимметрии действующих значений токов. Показана принципиальная возможность использования для этой цели фазных токов либо их разностей. Методом вычислительного эксперимента исследовано влияние тока нагрузки линии и переходного сопротивления в месте повреждения на относительную несимметрию токов, что в конечном итоге определяет достоверность установления вида КЗ. Установлено, что при использовании для определения вида повреждения фазных токов обеспечивается более высокая чувствительность к удаленным двухфазным КЗ. Вместе с тем в этом случае на достоверность определения вида повреждения в большей степени влияют токи нагрузки линии. Определение вида повреждения с использованием разностей фазных токов отличается меньшей чувствительностью к удаленным двухфазным КЗ, однако при этом обеспечивается меньшее влияние на достоверность определения вида повреждения токов нагрузки линии. Переходное сопротивление в месте повреждения смещает относительную несимметрию токов к области двухфазных КЗ. Установлено, что при любых удаленных КЗ на параллельных линиях предложенные методы обеспечивают достоверное определение вида повреждения, одновременно возникающего на контролируемой линии. При наложении повреждений, одно из которых находится на одной из параллельных линий вблизи общих шин, а второе – на контролируемой линии, определенный любым из предложенных методов вид КЗ может отличаться от фактического. Это зависит от видов возникших повреждений, сочетаний замкнувшихся фаз, установившегося токораспределения в сети и других факторов. Предложенные методы позволяют определять вид междуфазного КЗ в наихудшем случае за время, не превышающее периода промышленной частоты

Клинико-эпидемиологическая характеристика завозной тропической лихорадки денге

Dengue fever is a zooantroponotic, vector-borne viral disease. It is common among the population of tropical countries and is characterized by a tendency to expand to other countries as a result of infection drifts.Objective: to identify epidemiological, clinical and laboratory features of imported dengue fever in St. Petersburg.Materials and methods. The obtained data of official registration of cases of diseases in the Department of accounting and registration of infectious and parasitic diseases of the city of St. Petersburg and clinical case histories from the Сlinical Infectious diseases hospital named after S.P. Botkin for 2012–2018 were used as the basis for epidemiological analysis. 144 cases of dengue fever were identified on the basis of registration materials in the city during this period, of which 86 cases were studied on clinical histories. Standards methods of epidemiological diagnostics and statistics were used in the article.Results and discussion. Epidemiological anamnesis has been seen in a wide variety of countries in which tourists stayed and became infected. The hemorrhagic form of dengue fever was diagnosed in only 18 (19,1%) out of 86 patients. This form usually develops with repeated encounters with the virus and is more severe than the classic version of the disease. Dengue fever remains a topical imported disease and is associated with an increase in tourists, often re-visiting disadvantaged tropical countries. Both sexes were equally exposed to the disease. The age characteristic of patients is represented by persons of 20–29 and 30–39 years of age. An increase in the number of patients over a 7-year period was noted in May and November. Such countries as Thailand (37%), Vietnam (13,9%) and India (9,3%) were the predominant tourist destinations. Besides, single infections occurred in 13 countries of the Asian, African and American regions. The primary diagnosis in 50,3% of patients referred to hospital were acute respiratory diseases, combined with diarrhea and other manifestations. Clinical manifestations fit into 5 syndromes, which pass with a variety of symptoms, complicating both clinical diagnosis and laboratory confirmation of the diagnosis. Imported dengue fever is characterized by combined infections caused by pathogens of acute intestinal diseases, cytomegalovirus, hemorrhagic fever with renal syndrome, West Nile fever, hepatitis A, Legionella and Plasmodium malaria. In General, combined infection was detected in 39.5% of patients.Лихорадка денге – зооантропонозное, вирусное трансмиссивное заболевание, распространенное среди населения стран тропического пояса, которое завозится в другие страны из эндемичных регионов мира.Цель: дать эпидемиологическую и клинико-лабораторную характеристику лихорадки денге завозного характера в Санкт-Петербурге.Материалы и методы. В основу эпидемиологического анализа положены данные официальной регистрации случаев заболеваний в 2011–2019 гг. в отделе учета и регистрации инфекционных и паразитарных заболеваний Санкт-Петербурга, изучения историй болезни Клинической инфекционной больницы им. С.П. Боткина за 2012–2018 гг. Всего по материалам регистрации за этот период в городе было выявлено 144 заболевания лихорадкой денге, из которых 86 изучены по историям болезни, 46 – по данным регистрации. Использованы стандартные методы эпидемиологической диагностики и статистики.Результаты и обсуждение. Эпидемиологический анализ статистических данных за 2012–2018 гг. показал, что заражение туристов лихорадкой денге произошло преимущественно в странах Азии. Из 86 больных у 18 (20,9%) пациентов диагностирована геморрагическая форма лихорадки денге, в 68 случаях (79,1%) – классический вариант заболевания. Лихорадка денге остается актуальной завозной болезнью и связана с увеличивающимся числом туристов, посещающих неблагополучные тропические страны. В половой структуре больных в равной степени были как мужчины (50,4%), так и женщины (49,6%). В возрастной структуре больных, как у мужчин, так и у женщин, превалировали лица 20–29 и 30–39 лет. Увеличение числа больных за 7-летний период отмечено в мае и ноябре. Превалирующими местами заражения туристов были Таиланд (37%), Вьетнам (13,9%) и Индия (9,3%); единичные заражения произошли еще в 13 странах Азиатского, Африканского и Американского регионов. Первичными диагнозами при направлении больных в стационар в 50,3% случаев были острые респираторные заболевания, сочетающиеся с диарейным синдромом и другими симптомами. Спектр клинических проявлений лихорадки денге укладывается в 6 синдромов, протекающих с разнообразной симптоматикой, затрудняющей как клиническую диагностику, так и лабораторное подтверждение диагноза. Для завозной лихорадки денге характерны сочетания с заболеваниями другой этиологии, включая возбудителей острых кишечных инфекций, цитомегаловирусной инфекции, геморрагической лихорадки с почечным синдромом, лихорадки Западного Нила, гепатита А, легионеллеза и малярии. В целом, сочетанная инфекция выявлена у 39,5% больных

DETECTION OF CURRENT CIRCUITS FAULT FOR DIFFERENTIAL CURRENT PROTECTION

False operation of the differential current protection leads to tripping of the most important electrical power objects. Fault of current transformer’s secondary circuits is one of the most often cause of false operation of the differential current protection. Early determination of this malfunction increases the reliability of the differential current protection and reduces the number of false trips. In the present article the methods of secondary open circuit determining for the differential protection are described. Some of the methods react instantly to the malfunction of secondary current circuits, and the other part identifies fault after a certain time delay. Each of considered methods has its advantages and disadvantages. A new method for determination secondary open current circuits based on the analysis of increments of the RMS values of differential and braking currents has been proposed. In this case, increments are calculated for half the period of the industrial frequency, which provides quick fault determining. The use of the sum and the difference between the increments of the brake and differential currents makes it possible to determine the open circuits in the most sensitive way. The method can be adapted to work with any type of differential protection, including transformer protection. The evaluation of the increment of the RMS current value is performed taking into account the transient process in the Fourier filter. With the aid of a computational experiment, the error limit of such an estimate is determined. The block diagram of algorithm of determination of open circuits on the basis of the analysis of increments of the acting values of brake and differential currents is presented; the principle of its functioning is described. The parameters of operation are determined. The limits of sensitivity of the method are determined, too. The time characteristics of the algorithm have been determined by the method of computational experiment with the of the MatLab Simulink simulation environment

Formation of Instantaneous Differential and Restraining Cur-rents for Differential Protection of Busbar Assemblies

The methods of forming differential and restraining currents for busbar differential protection are reviewed; their advantages and disadvantages are considered. It is noted that differential protection according to instantaneous values has a shorter proper response time than for current ones, since it does not use digital filters. The response characteristic and principles of setting selection are studied. The effect of sampling on the operation of differential protection according to instantaneous values is analyzed. It was found that without the use of special measures, depending on the sampling step and the frequency of the signal, the response current would fluctuate within the mathematical error caused by sampling. A solution to this problem has been proposed. The method consists in applying piecewise quadratic interpolation and determining the values of inflection points of instantaneous differential and restraining current signals. The efficiency of the proposed method has been evaluated. It was found that its use reduces the error in determining the response current. For a sinusoidal signal, the maximum possible error was 0.02 %. The trajectories of operating point s of differential protection in case of external fault with saturation of current transformers have been analyzed. In this mode, protection for instantaneous values is more susceptible to false positives than for active ones. The method of exponential smoothing of the restraining current was considered and investigated. An exponential smoothing algorithm has been proposed and analyzed. It is concluded that exponential smoothing increases the stability of the differential protection according to instantaneous values to external faults. Exponential smoothing does not exclude the possibility of false positive of differential protection in case of external fault