Способ автоматической настройки индуктивности контура нулевой последовательности сети и устройство для автоматической настройки индуктивности контура нулевой последовательности сети

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

< 1>1001302 с ф ! г ,Г (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27,04.81 (21) 3278823/24-07 с присоединением заявки №(23) ПриоритетОпубликовано 2802.83. Бюллетень ¹ 8 1 (51)M Ktt з

Н 02 Н 9/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

153) УДК 621. 316. ,925(088.8) Дата опубликования описания 28.02. 83

УЕ.B. Сергии и В.К. Обабков

f ! (72) Авторы изобретения

Донецкий ордена Трудового Красног политехнический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ HH VKTHBHOCTH

КОНТУРА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СЕТИ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ

ИНДУКТИВНОСТИ КОНТУРА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

СЕТИ

Изобретение относится к способам построения самонастраивающихся систем компенсации емкостного тока утечки и может быть применено в трехфазных сетях низкого напряжения.

Известен способ автоматической настройки катушки индуктивности с подмагничиванием, в соответствии с которым осуществляют поисковую модуляцию индуктивности компенсирующей катушки, выделяют сигнал с модулирующей частотой из напряжения на катушке, сравнивают его по фазе с поисковым сигналом и настраивают катушку индуктнвности по результату сравнения 1 ).

Недостатком способа является его неработоспособность в режиме однофазной утечки, при котором автомати-. чески поддерживаемый максимум напря жения на катушке не соответствует минимуму напряжения поврежденной фазы.

Устройство с помощью которого осуществляют данный способ, содержит генератор поисковых колебаний, фазосдвигающий блок, усилитель мощ-. ности, выпрямитель, фильтр низкой частоты, множительное устройство и интегрирующий усилитель j 2|.

Устройству присущ тот же недостаток, что и способу. Кроме того, оно обладает низким быстродействием изза ограниченной частоты поиска, определяемой допустимой погрешностью предварительной настройки компенсации.

Известен также способ настройки по фазовым характеристикам сети, в соответствии с которым в сети создают искусственную несимметрию путем подключения между землей и одной из фаэ асимметрирующего конденсатора, формируют сигнал управления при помощи сравнения по фазе напряжения смещения нейтрали и опорного сигна- ла, пропорционального напряжению на асимметрирующем конденсаторе, интегрируют сигнал управления и изменяют индуктивность контура нулевой после. довательности по результату интегрирования 1 3).

Способ предназначен для работы лишь в нормальном режиме функционирования сети, так как при возникновении активной утечки в любой из фаз сети происходит расстройка компенсации. Это объясняется тем, что в результате действия способа фазовый сдвиг между напряжением смещения

1001302

1I5 ченный к одной из фаз сети, и фазовый нейтрали и напряжением на асимметрирующем конденсаторе отличен от нуля.

В то время как для компенсации емкостного тока через однофазную утечку значение фазового сдвига между напряжением смещения нейтрали и напряжением поврежденной фазы должно быть равным или близким к нулю, т.е. применение способа в режиме однофаэной утечки на землю без изменения критерия самонастройки (сдвига фазы опорного сигнала) и определения поврежденной фазы сети невозможно.

Устройство,при помощи которого осуществляют данный способ, содержит асимметрирующий конденсатор, подклюдетектор, у которого первый нход через блокирующий элемент и фазовращательный мост подключен к напряжению смещения нейтрали, второй вход связан с напряжением на асимметрирующем конденсаторе через измерительный трансформатор, а выход соединен с входом контактора электродвигателя, Последний соединен с плунжером дугогасящей катушки, изменяющим индуктивность контура нулевой последовательности сети j 4).

Для устройства характерны те >ке недостатки, что и для способа. Кроме того, в устройстве может происходить дополнительное снижение точности настройки компенсации из-за наличия зоны нечувствительности в управлении.контактором, необходимой при работе лишь с плун>керными дугогасяшими катушками .

Наиболее близким к предлагаемому является способ автоматической настройки дугогасящего реактора, н соответствии с которым создают н сети искусстненную несимметрию путем подключения к одной из фаз асимметрирующего конденсатора (асимметрирующего элемента), измеряют питающие ЭДС сети, формируют сигнал управления при помощи сравнения по фазе напряжения смещения нейтрали и опорного сигнала, контролируют возникновение н сети аварийного режима (однофазного металлического замыкания на землю), выбирают в этом режиме ЭДС поврежденной фазы, используют в качестве опорного сигнала н нормальном ре>киме функционирования сети линейное напряжение между фазами сети, несодержащими асимметрирующего конденсатора, а в аварийном режиме — ЭДС поврежденной фазы, интегрируют сигнал управления и изменяют индуктивность дугогасящего реактора (контура нулевой последовательности) по результатам интегрирования f 5).

Недостатком этого способа является то, что работоспособность как в нормальном, так и н аварийном режимах функционирования сети обеспечи20

60 нается за счет видоизменения опорного сигнала, При этом особенно важным становится достоверность контроля возникновения аварийного режима и одновременного выбора поврежденной фазы. Однако указанные операции достаточно надежно осуществляются лишь при возникновении в сети металлических замыканий фазы на землю через малые переходные сопротивления. Распознавание же однофазных утечек с высокими переходными сопротивлениями

1 (сои эмеримыми, н апример, с сопротивлением тела человека) в сетях с компенсацией является проблематичным.

Так при возникновении однофазной утечки и одновременном изменении емкости сети (например, при подключении к сети поврежденного участка) состояние координат контура нулевой последовательности (напряжений смещения нейтрали и фаз сети относительно земли) могут оказаться такими же, как и в нормальном режиме функционирования сети, но с противоположным знаком расстройки компечсации. В результате аварийный режим не контролируется и вместо компенсации емкостного тока возникает предельная расстройка, т.е. увеличение тока через утечку. Другим недостатком способа является жесткая связь асимметрирующего конденсатора с одной лишь фазой сети, что может приводить к увеличению остаточного тока через однофазную утечку даже при наличии точно скомпенсиронанной емкостной составляющей.

Устройство, с помощью которого осуществляют предлагаемый способ, содержит асимметрирующий элемент (конденсатор), подключенный к одной из фаэ сети, блок измерения питающих ЭДС сети, блок выбора ЭДС поврежденной фазы, состоящий иэ последовательно соединенных устройства определения поврежденной фазы и блока управления опорным сигналом, бло кирующий элемент, фазовые корректоры нормального и аварийного режимов, и последовательно соединенные фазочувствительный измерительный блок (фазовый детектор), блок управления тиристорами (интегрирующее звено) и устройство регулирования индуктивности контура нулевой последовательности сети, состоящее из усилителя мощности (тиристорного выпрямителя) и компенсирующего дросселя. Входы блока измерения питающих ЭДС подключены к фазам сети, а выходы — к входам блока выбора. Вход блокирующего элемента подключен к напряжению (на выходе блока измерения), пропорциональному линейному напряжению между фазами сети, несодержащими асимметрирующего конденсатора. Первый вход фазового детектора подключен

1001302 к выходу блокирующего элемента через фазовый корректор нормального режима, второй вход — к выходу блока выбора через фазовый корректор аварийного режима, а третий вход — к напряжению смещения нейтрали.

Цель изобретения — повьыение чувствительности к расстройкам компенсации при возникновении в сети однофазных утечек на землю.

Указанная цель достигается тем, что в способе, основанном на создании в сети искусственной несимметрии путем подключения к одной из фаз асимметрирующего элемента, измерении питающих ЭДС сети, формирования сиг- !5 нала управления путем сравнения по фазе напряжения смещения нейтрали и опорного сигнала, интегрировании сигнала управления и изменении индуктивности контура нулевой последовательности по результату интегрирования, контролируют предельно максимальное и предельно минимальное значения индуктивности контура нулевой последовательности путем сравнения резуль- 25 тата интегрирования с двумя эталонными величинами, при достижении индуктивностью предельно максимального значения переключают асимметрирующий элемент в опережающую фазу, а при у» достижении индуктивностью предельно минимального значения — в отстающую фазу, причем в качестве опорного сигнала используют сигнал, пропорциональный ЭДС той фазы сети, к которой подключен асимметрирующий элемент.

Устройство для автоматической настройки индуктивности контура нулевой последовательности сети, содер-4п жащее асимметрчрующий элемент, блок измерения питающих ЭДС сети, блок управления опорным сигналом, фазовый детектор, интегрирующее звено и блок регулирования индуктивности контура 4> нулевой последовательности сети, причем входы блока измерения подключены к фазам сети, а выходы — к входам блока управления опорным сигналом,. первый вход фазового детектора подключен к источнику напряжения смещения нейтрали, второй вход - к выходу блока управления опорным сигналом, а выход — к входу интегрирующего звена, у которого выход соединен с входом упомянутого блока регулирования индуктивности, дополнительно снабжено блоком контроля ограничений, кольцевым реверсивным счетчиком и переключателем, причем входы переключателя подключены к фазам сети, 60 выход переключателя соединен с землей через асимметрирующий элемент, выполненный в виде резистора, вход блока контроля ограничений соединен с выходом интегрирующего звена, вы- 65 ходы упомянутого блока контроля подключены к входам прямого и обратного направлений счета кольцевого реверсивного счетчика, выходы которого соединены с управляющими входами переключателя и блока управления опорным сигналом.

Кроме того, блок контроля ограничений содержит пороговые элементы, входы которых подключены к выходу интегрирующего звена, а выходы— к входам кольцевого реверсивного счетчика через элементы выдержки времени.

На фиг. 1 представлена схема уст. ройства для осуществления предлагаемого способа, на фиг. 2 — процесс самонастройки индуктивности контура нулевой последовательности сети.

Устройство содержит блок 1 для измерения питающих ЭДС сети, блок

2 управления опорным сигналом, переключатель 3, асимметрирующий резистор 4, фазовый детектор 5, интегрирующее звено б, блок 7 для регулирования индуктивности контура нулевой последовательности сети, состоящее из усилителя 8 мощности и ком-. пенсирующего дросселя 9, блок 10 контроля ограничений, состоящий из пороговых элементов 11 и элементов

12 выдержки времени, а также кольцевой реверсивный счетчик 13.

Блок 1 измерения выполнен в виде трехфазного трансформатора, у которого первичные и вторичные обмотки соединены по схеме ЗВЕЗДА, причем первичные обмотки подключены к фазам сети, а вторичные — к первым входам блока 2. Между общей точкой первичных обмоток и землей включен компенсирующий дроссель 9. Выход блока 2 соединен с вторым входом фазового детектора 5. Первый вход детектора подключен к точке соединения дросселя 9 и трансформатора 1, а выход— к входу интегрирующего звена б. Выход звена б связан с обмоткой управления дросселя 9 через усилитель 8 и с входами пороговых элементов 11, выхо" ды которых через элементы 12 выдержки времень подключены к входам счетчика 13, Выходы счетчика подключены к вторым (управляющим) входам переключателя 3 и блока 2, Первые входы переключателя 3 подключены к фазам соти, а выход соединен с землей через асимметрирующий резистор 4.

На фиг. 2 показаны следующие величины».

%, q>+ и Ф вЂ” фазовые сдвиги между

1 напряжением смеще ния нейтрали и ЭДС асимметрирующей фазы .сети соответственно случаям появления од- нофазной утечки в од".

1001302 ниименной, опережающей и отстающей фазах по отношению к асимметрирующей ь;— и L — граничные и резонанс и о» Р ные (установившиеся) значения индуктивности контура нулевой последовательности сети, И =-N(L) — текущие значения контролируемого фазового сдвига в процессе самонастройки индуктивности, В нормальном режиме функционирования сети асимметрирующий резистор

4 при помощи переключателя 3 подключен к одной из фаз, что создает небольшую искусственную несимметрию активных проводимостей изоляции фаз сети относительно земли. Переключа- 20 тель имеет три положения, каждый из которых определяется комбинацией управляющих логических сигналов 0, Q> и 0„ с выходов (разрядов) кольйевого реверсивного счетчика 13: 9 = 1. 25

Q,=Q =0; О,= i, Q=Q=îè

А

1, Q = ь= 0 для подключения резистора 4 в фазу A В и С соответственно. Под влиянием несимметрии в сети возникает напряжение e(t) сме-30 щения нейтрали. В цЕлях самонастройки контура нулевой последовательности на резонанс (самонастройки компенсации) при помоши дЕтектооа 5 контролируется фазовый сдвиг ч между напряжением e(t) и опорным сигналом, пропорциональным ЭДС F>>(t) асимметрирующей фазы, т.е. той фазы сети, к которой подключен резистор 4. Связь опорного сигнала с ЭДС асимметрирующей фазы осуществляется при помощи

40 блока 2, который в соответствии с управляющими сигналами Q,, Q и 0 (по аналогии с переключателем) выбирает одно из напряжений (с выхода измерительного блока 1)., пропорциональных ЭДС E (r), Е (с) и -,(с) источника питания сетй.

Фазовый сдвиг Ч содержит в себе информацию о величине и знаке расстройки компенсации 50

ЪО при

yy(L) — 0 при L — 1 р (1)

<О при Е (Lp — значение индуктивности L контура нулевой последовательности при резонансе).

Сформированный сигнал управления

V(t) на выходе детектора 5, пропорциональный фазовому сдвигу (1), пос- 60 ле интегрирования (звеном 6) и усиления по мощности (блоком 8) определяет астатическую настройку индуктивности L контура (дросселя 9) к резонансному значению Ly, соответствующему предварительной настройке компенсации.

При возникновении активной утечки в асимметрирующей фазе сети характер зависимости q (L) (1) остается прежним (фиг. 2). В результате резонансная настройка не изменяется, что обеспечивает наилучшие условия минимизации емкостного тока. через утечку.

При возникновении активной утечки в опережающей или отстающей фазе сети по отношению к асимметрирующей под контролем оказывается фазовый сдвиr i(+ или qr- (фиr. 2), являющийся результатом смещения полезного сдвига Ф (/ +/ (7Г/2) на угол йЧ (/h ч /( (2 Ч/3 ), определяемый соотношением сопротивлений R асимметрирующего ас резистора 4 и В однофаэной утечки

q = -(агейла w — (1-scan(2Я -РдД о ас (знак плюс соответствует опережению поврежденной фазы по отношению к асимметрирующей, а знак минус — огставанию). Причем при

2Ro a Roc (3) результирующие фаэоыые характеристики Ф+(1.) и Ц> (L), а следовательно, и сигнал управления V(t), отличны от нуля во всем диапазоне изменения индуктивности L контура нулевой последовательности сети, При последующем интегрировании результирующий сигнал V„(i) на выходе звена 6 достигает верхнего или нижнего ограничения, что соответствует максимальному о или минимальному („„ значению индуктивности в зависимости от того, в опережающей или отстающей фазе по отношению к аеимметрирующей возникло повреждение.

Появление ограничений контролируется пороговыми элементами 11 блока

10, один иэ которых реагирует только на верхнее ограничение, а другой на нижнее, Пороговые элементы вырабатывают сигналы, поступающие через элементы 12 задержки на соответствующие входы (прямого и обратного направлений счета) кольцевого реверсивного счетчика 13, В последнем происходит перезапись (сдвиг) логической единицы на один разряд в прямом или обратном направлении в зависимости от появления верхнего или нижнего ограничения. Одновременно с перезаписью по измененной комбинации управляющих сигналов Яд, и Og происходит пере ключение асимметрируюшего резистора 4 в поврежденную фазу и необходимая замена опорного сигнала фазового детектора 5, B результате индуктивность L контура нулевой последовательности вновь настраивается на оптимальное значение.

9 1001302 10

Задержка во времени на элементах мального значения — в отстающую Фазу, 12 необходима для отстройки от лож- причем в качестве опорного сигнала ных переключений, связанных с крат- используют сигнал, пропорциональный ковременными выходаьк на ограничения ЭдС той Фазы сети, к которой подклюрезультата интегрирования ЧЬ(t) в пе- чен асимметрирующий элемент. реходных процессах цессах настройки индук- 5 2. Устройство для автоматической тивности L контура при изменениях настройки индуктивности контура нулевой последовательности сети, содеремкости сети. элемент блок Необходимая чувствительность к жащее асимметрирующий э

t ,величине однофазной утечки обеспечи- измерения питающих ЭДС сети, блок б величины сопротивле- 10 управления опорным сигналом, Фазовый. вено и блок детектор, интегрирующее звено и лок

4 в соответствии с условием (3). регулирования индуктивности контура

Процесс самонастройки индуктивнос- . нулевой последовательности сети, прити L иллюстрируется на фиг. 2 движе- чем входы блока измерения подключением точки M 15 ны к Фазам сети, а выходы - к входам

М - М -у М -3 М „„ М блока управления опорным сигналом, и д 1И Р первый вход фазового детектора подключен к источнику напряжения смеще-.; соответственно случаям появления од- ния нейтрали, второй вход — к выходу нофазной утечки в опережающей и от- 20 блока управления опорным сигналом, стающей фазе по отношению к асиммет- + выход - к входу интегрирующего зверирующей. ,на, у которого выход соединен с вхоТаким обРазом, высокаЯ чУВствитель- дом упомянутого блока регулирования ность к расстройкам компенсации в индуктивно ти, о т л и ч а ю щ е еРежиме однофазной Утечки на землю 25 с я тем, что, с целью повышения чувобеспечивается за счет коррекции ствительности, дополнительно снабжефазы опорного сигнала и определения, но блоком контроля ограничений, кольтем саьым, поврежденной фазы сети цевым реверсивным счетчиком и нервна основе контроля устойчивости наст- ключателем, причем входы переключаройки индуктивности контура нулевой теля подключены к фазам сети, выход последовательности. кроме того, в З0 переключателя соединен с землей черезультате переключения асимметриру- рез асимметрирующий элемент, выполющего резистора в поврежденную фазу ненный в виде резистора, вход блока происходит дополнительное снижение контроля ограничений соединен с выостаточного тока через утечку за ходом интегрирующего звена, выходы счет шунтирующего действия данного З5 упомянутого блока контроля подклюреэистора. В целом .способ позволяет чены к входам прямого и обратного повысить безопасность эксплуатации направлений счета кольцевого ревертрехфазной электрической сети. сивного счетчика, выходы которого формула изобретения соединены с управляющими входами !

40 переключателя и блока управления

1. Способ автоматической настрой- опорным сигналом. ки индуктивности контура нулевой

3. Устройство по и. 1, о т л ипоследовательности сети, основанный ч а ю щ е е с я тем, что блок контна создании в сети искусственной не- роля ограничений содержит пороговые симметрии путем подключения к одной 45 элементы, входы которых подключены из фаз асимметрирующего элемента, к выходу интегрирующего звена, а измерении питающих ЭДС сети, формивыходы - к входам кольцевого реверровании си1нала управления путем. Сивного счетчика через элементы высравнения по Фазе напряжения смеще- цержки времени ния нейтрали и опорного сигнала, 50 интегрировании сигнала управления Источники информации, и изме ненни индуктивности контура принятые во внимание при экспертизе в СССР нуле во и и оследовательности по резуль- 1. Авторское свидетельство

Н 2 H 9 08 1971. тату интег-ирования о т л и ч а ю- 9 491179, кл. Н 02 9/ и и с я тем что с целью повыше- 2. Авторское свидетельств о СССР ния чувствительности, контрслируют

55 8

Н 02 Н 9/08 1971. предельно максимальное и предельно н А П. П инципы автомаьинимальное значения индуктивностн тической настройки дугогасящих каконтура нулевой последовательности тушек. — Сб. Вопросы а

"Воп осы автоматики и путем сравнения результата интегри- релейной защиты энерг ты эне гетических сирования с двумя эталонными величина- 60 стем, изд-во AH УССР, 1963

Р ми при достижении индуктивностью с. 87-92, t

4 Авто ское свидетельство СССР

9 1 кл. Н 02 Н 9/08, 1961. предельно максимального значения пе- 4. Авторско реключают асимметрирующий элемент 9 150156, кл.

5. Авторское свидетельство СССР в оп ережающую фазу а при достижеI

9 8 1 кл. Н 02 Н 9/08, 1979. нии индуктивностью предельно мини- 65 9 858171, кл.

1001302

Lmi n

ВНИИПИ Заказ 1431/бб Тираж 615 Подписное

Филиал ППП "Патент", г,Ужгород, Ул.Проектная, 4