Устройство для автоматической компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ, содержащее дугогасяпшй реактор, подклкг ченный одним выводом к нейтрали силового трансформатора, последовательно соединенные формирователь команд, подключенный к трансформатору напряжения нулевой последовательности сети, и генератор оперативного тока заданной частоты, выход которого подключен к дополнительной обмотке дугогасящего реактора, последовательно соединенные первые управляемый усилитель, вьщеляющйй фильтр, преобразователь напряЛения и сумматор, последовательно соединенные блок задания, второй сумматор, функциональный преобразователь и блок памяти, второй вход которого подключен к второму выходу формирователя команд, тиристорный преобразователь, выход которого подключен к обмотке подмагничивания дугогасящего реактора , трансформатор тока, включенный между вторым выводом дугогасящего реактора и землей, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности настройки компенсации, в него введены первый заграждающий фильтр, интегратор , третий сумматор, резистор и последовательно соединенные вторые заграладающий фильтр, управляемый усилитель , вьщеляющий фильтр и преобразователь напряжения, выход которого подключен к второму входу второго . сумматора, первый заграждающий фильтр включен между трансформатором напряжения нулевой последовательности сети и первым управляемым усилителем, второй заграждающий фильтр подключен к вторичной обмотке трансформатора тока, вход интегратора подключен к выходу первого сумматора, а выход - к входам обоих управляемых усилителей , выход третьего сумматора соединен с входом тиристорного преобразователя , резистор включен в цепь обмотки подмагничивания дугогасящего N9 СП реактора, второй выход блока задания подключен к второму входу сумматора, первый вход третьего сумматора соединен с выходом блока памяти, а второй вход - с резистором. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности сети при параллельной работе секций сборных шин подстанции, блок-контакты секционного масляного выключателя соединены с третьим входом второго сумматора.

,„ЯЦ„„1107215

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з р Н 02 Н 9/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ с

1 а c п в-.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !3 (21) 3525440/24-07 (22) 23.12.82 (46) 07.08.84. Бюл. Ф 29 (72) О.А.. Петров, В.И. Стасяк и В.В. Семенов (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 528б54, кл. Н 02 Н 9/08, 197б.

2. Авторское свидетельство СССР

М 688944, кл. Н 02 Н 9/08,,1979.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 739678, кл. Н 02 Н 9/08, 1980.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА

ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ, содержащее дугогасящий реактор, подклщ ченный одним выводом к нейтрали сило вого трансформатора, последовательно соединенные формирователь команд, подключенный к трансформатору напряжения нулевой последовательности сети, и генератор оперативного тока заданной частоты, выход которого подключен к дополнительной обмотке дугогасящего реактора, последовательно соединенные первые управляемый усилитель, выделяющий фильтр, преобразователь напряжения и сумматор, последовательно соединенные блок задания, второй сумматор, функциональный преобразователь и блок памяти, второй вход которого подключен к второму выходу формирователя команд, тиристорный преобразователь, выход которого подключен к обмотке подмагничивания дугогасящего реактора, трансформатор тока, включенный между вторым выводом дугогасящего реактора и землей, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше-. ния быстродействия и точности настройки компенсации, в него введены первый заграждающий фильтр, интегратор, третий сумматор, резистор и последовательно соединенные вторые заграждающий фильтр, управляемый усилитель, выделяющий фильтр и преобразователь напряжения, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, первый заграждающий фильтр включен между трансформатором напряжения нулевой последовательности Я сети и первым управляемым усилителем, второй заграждающий фильтр подклю» чен к вторичной обмотке трансформатора тока, вход интегратора подключен к выходу первого сумматора, а вы- О

Ф ход — к входам обоих управляемых усилителей, выход третьего сумматора

Iaak соединен с входом тиристорного пре-. образователя, резистор включен в цель 4 обмотки подмагничивания дугогасящего 3 реактора, второй выход блока задания Ю подключен к второму входу сумматора, первый вход третьего сумматора.соеди- ф нен с выходом блока памяти, а второй вход — с резистором.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности сети при парал- фр лельной работе секций сборных шин подстанции, блок-контакты секционного масляного выключателя соединены с третьим входом второго сумматора.

1107215

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области электрических сетей, и может быть использовано для автоматической компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на .землю в электрических сетях.

Известно устройство для автоматической настройки дугогасящей катушки, содержащее избирательные усилители, Преобразователи напряжения, функцио- 1п .нальный преобразователь, блок памяти„ дифференциальный усилитель, задающий блок и генератор (1 ).

Недостаток устройства заключается в том, что в контур стабилизации напряжения непромышленной частоты в данном случае входит дугогасящая катушка, что ухудшает качество регулирования.

Известно также устройство для автоматической настройки дугогасящей катушки, содержащее генератор опера" тивного тока, фильтры, преобразователи напряжения, суммирующий усилитель, схему блокировки, нелинейный потенциометр и блок управления катушкой (2).

Недостатком этого устройства является сложность реализации нелинейного потенциометра. 30

Наиболее близким к изобретению является устройство для настройки дугогасящего реактора, содержащее последовательно соединенные схему блокировки и генератор оперативного

35 тока, последовательно соединенные первый коммутатор, управляемый усилитель, выделяющий фильтр, преобразователь напряжения, второй коммутатор, суммирующий блох, функциональный преобразователь, первыР. блок памяти, блок управления реактором и дугогасящий реактор, последовательно соединенные второй блок памяти, блок сравнения и усилитель, а также блоки „ задания, эталонного напряжения и уп" равления P3). !

Недостаток известного устройства заключается в пониженном быстродействии, что связано с наличием периода 50 стабилизации напряжения. В течение периода стабилизации напряжения возможны изменения емкостного тока сети, так как регулирование индуктивности реактора в это время не осуществляется,55 в компенсированной сети возможна расстройка компенсации. Кроме того, при подключении секционным масляным выключателем другой секции сборных шин (при наличии подключенного к ней дугогасящего реактора) известное устройство работает неточно и в сети возникает расстройка компенсации.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности настройки компенсации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для автоматической компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю, содержащее дугогасящий реактор, подключенный одним выводом к нейтрали силового трансформатора, последовательно соединенные формирователь команд, подключенный к трансформатору напряжения нулевой последовательности сети, и генератор оперативного тока заданной частоты, выход которого подключен к дополнительной обмотке дугогасящего реактора, последовательно соединенные первые управляемый усилитель, .выделяющий фильтр, преобразователь напряжения и сумматор, последовательно соединенные блок задания, второй сумматор, функциональный преобразователь и блок памяти, второй вход которого подключен к вторс ."у выходу формирователя команд, тиристорный преобразователь, выход которого подключен к обмотке подмагничивания дугогасящего реактора> трансформатор тока, включенный между вторым выводом дугогасящего реактора и землей, введены первый заграждающий фильтр, интегратор, третий сумматор, резистор и последовательно соединенные вторые заграждающий фильтр, управляемый усилитель, выцеляющий фильтр и преобразователь напряжения, выход которого подключен к второму входу вто рого сумматора, первый заграждающий фильтр включен между трансформатором напряжения нулевой последовательности сети и первым управляемым усилителем, второй заграждающий фильтр подключен к вторичной обмотке трансформатора тока, вход интегратора подключен к выходу первого сумматора, а выход — к входам обоим управляемых усилителей, выход третьего сумма тора соединен с входом тиристорного преобразователя, резистор включен в цепь обмотки подмагничивания дугогасящего реактора, второй выход блока задания подключен к второму входу

I сумматора, первый вход третьего сумма1107215

В нормальном режиме сети генератор

6 обеспечивает введение в электрическую сеть оперативного тока заданной частоты ы . В воздушных сетях, в которых естественная несимметрия достаточно велика, эта частота не равна промьпппенной, а в кабельных сетях, в которых естественная несимметрия мала, указанная частота может быть равна промьпнленной. В качестве генератора частоты может быть использован двухполупериодный управляемый ткристорный выпрямитель, и тогда частота оперативного тока равна 100 Гц.

С вторичной обмотки трансформатора 4

25 напряжения типа НТИИ, соединенной в разомкнутый треугольник, напряжение смещения нейтрали поступает на заграждающий фильтр 7, который подавляет сигналы частот, отличных от частоты оперативного тока. Такой фильтр может состоять из двойного Т-образного моста, подавляющего напряжение промышленной частоты, и активного фильтра второго порядка высоких частот, который подавляет напряжение частот вьппе частоты оперативного тока. Выходной сигнал фильтра 7 усиливается управляемым усилителем 8 и поступает на фильтр 9.

Коэффициент усиления управляемого . усилителя может изменяться и зависит от величины сигнала на управляющем входе. Управляемый усилитель может быть реализован, например, на базе

5 модулятора 140МА1, работающего в режиме перемножения двух сигналов, поступающих с фильтра 7 и интегрирующего усилителя 22. Выделяющий фильтр

9 усиливает только сигнал частоты оперативного тока и может быть реализован иа двух активных фильтрах высоких частот второго порядка. Эти фильтры имеют частотные характеристики колебательного динамического звена с резонансными частотами,сдвинутыми относительно частоты оперативного тока на величину + О, 1соо. Выходной сигнал переменного тока фильтра 9 преобразуется в сигнал

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

К электрической сети подсоединен силовой трехфазный трансформатор 1, к нейтрали которого подключены после довательно соединенные дугогасящий реактор 2 с подмагничиванием и трансформатор 3 тока, второй вывод котороÄ 3

ro соединен с землей. К электрической сети подсоединен также трансформатор

4 напряжения нулевой последовательности сети, который через формирователь 5 команд и генератор 6 оперативного тока заданной частоты соединен с дополнительной обмоткой дугогасящего реактора. К трансформатору напряжения подключены последовательно соединенные первые заграждающий фильтр 7, управляемый усилитель 8; выделяющий фильтр 9, преобразователь 10 напряжения, сумматор 11. К трансформатору

3 тока подключены последовательно соединенные вторые заграждающий фильтр

12, управляемый усилитель 13, выделяющий фильтр 14, преобразователь 15 напряжения, сумматор 16. Выход последнего через функциональный преобразователь 17, блок 18 памяти, третий сумматор 19, тиристорный преобраэо5 ватель 20 соединен с обмоткой подмагничивания дугогасящего реактора 2, в цель которого включен резистор 21 ° тора соединен с выходом блока памяти, второй вход — с резистором.

С целью повьппения надежности сети при параллельной работе секций сборных шин подстанции. блок-контакты секционного масляного выключателя соединены с третьим входом второго сумматора.

Управляемый усилитель имеет изменяемый коэффициент усиления и может быть выполнен, например, как блок перемножения. Выделяющий фильтр может быть реализован с помощью избирательного усилителя. Преобразователь напряжения преобразует переменный сигнал в сигнал постоянного тока. В качестве преобразователя может быть использован, например, выпрямитель.

Генератор оперативного тока заданной частоты можно выполнить на тиристорном преобразователе со схемой управления. Формирователь команд представляет 6обой пороговое устройство, срабатывающее, когда напряжение нейтрали превышает величину

0,3О,ь.

Выход сумматора 11 через интегрирую--. щий усилитель 22 соединен с управляющими входами управляемых усилителей

18 и 13. Соответствующие выходы блока

23 задания подключены к вторым входам сумматоров 11 и 16. Третий вход сумматора 16 соединен с блок-контактами секционного масляного выключателя 24 °

1107215

3 постоянного тока в преобразователе !

О, в качестве которого используется выпрямитель. В сумматоре (суммирующий усилитель) сигнал постоянного тока алгебраически складывается 5 (сравнивается) с .сигналом задания от блока 23 и разность этих сигналов подается на интегрирующий усилитель

22. В качестве блока 23 задания могут быть использованы потенциомет- !О ры,. подключенные к источнику стабилизированного напряжения. В качестве интегрирующего уснлитег:я 22 может бьггь использован операционный усилитель, охваченный емкостной обрат- !5 ной связью. Интегрирующий усилитель изменяет .свой выходной сигнал и коэффициент усиления управляемого усилителя 8 так, что выходной сигнал преобразователя 1О всегда (в устано- 20 вившемся режиме) равен заданному 0 „ .

С трансформатора 3 тока сигнал поступает через эаграждающий фильтр

12, управлявмый усилитель 13, фильтр

14, выделяющий заданную частоту, на д преобразователь 15 переменного напряжения в постоянное. Функциональные элементы 12 — 15 выполнены аналогично функциональным элементам 7 — 10 соответственно. Выходной сигнал преобразователя 15 при идентичности характеристик усилителей 8 и 13 не зависит от уровня напряжения генератора 6.

Благодаря наличию блоков 12 — 15

35 выходной сигнал блока 15 при этом всегда пропорционален емкостной проводимости сети, Из сигнала Uä„ преобразователя

15 вычитается сигнал 0 . поступающий из блока 23 задания и пропорцио" нальный базовой (нерегулируемой) индуктивной проводимости дугогасящего реактора 2, и полученная разность через функциональный преобразователь

17, блок 18 памяти поступает на систему управления током подмагничивания реактора. Эта система состоит из сумматора 19 (суммирующего усилителя), 50 тиристорного преобразователя 2О и шунта 21, с которого снимается сигнал обратной связи, пропорциональный току подмагничивания реактора. Обратная связь по току подмагничивания обеспечивает стабилизацию его при изменении параметров обмотки подмагничивания и тиристорного преобразователя, а также при отклонениях питающего напряжение тиристорного пре обраэователя.

Поскольку зависимость тока через компенсирующую обмотку реактора от тока подмагничивания нелинейна, то функциональный преобразователь 17 выполняет роль нелинейного элемента, благодаря которому зависимость тока через компенсирующую обмотку реактора от сигнала, пропорционального емкостному току, делается линейной, функциональный преобразователь может быть выполнен на операционном усилителе с применением диодов и опорных источников питания.

Блок 18 памяти в нормальном режиме работы сети работает как масштабный усилитель, а в режиме однофазного замыкания на земпю как долговременное запоминающее устройство. Блок памяти можно выполнить как цифроаналововое следящее устройство, в кото" ром аналоговый сигнал преобразуется ,в цифровой двоичного кода, а затем обратно в аналоговый. Такая схема построения блока памяти позволяет с большой надежностью длительное время (несколько часов) хранить записанную в нем информацик.

При подключении к сети ..сляным выключателем 24 секции J на сумматор

16 поступает сигнал, пропорциональный эквивалентной индуктивной проводимости дугогасящих реакторов, подсоединенных к секции 1!. Благодаря этому в сети сохраняется резонансная настройка компенсации.

При однофазном замыкании на землю напряжение трансформатора 4 напряжения резко возрастает, срабатывает формирователь 5 команд и выдает сигналы запрета на генератор 6 и блок 18 памяти.

При этом генератор 6 блокируется, а блок памяти переводится в режим запоминания информации, предшествую" щей режиму однофазного замыкания на землю. Соответствующая настройка компенсации сохраняется до ликвидации однофазного замыкания на землю. После ликвидации однофазного замыкания формирователь команд возвращается в исходное состояние с выдержкой времени и работа устройства соответствует нормальному режиму работы сети. Формирователь команд представляет собой пороговое устройство с элементом вы" держки времени. В качестве порогового устройства может быть использован ком1107215 - 8

После ликвидации замыкания на землю пороговое устройство возвращается в исходное состояние, ключ размыкается, конденсатор начинает заряжаться и начинает возрастать напряжение на выходе интегратора. При достижении напряжением на выходе и интегратора определенной величины на выходе комгаратора появляется

10 сигнал логической единицы, который сохраняет свое значение,до повторного замыкания на землю. Таким образом, описанный элемент выдержки времени обеспечивает выдержку времени уст15 ройства при отключении однофазного замыкания на землю. паратор. В качестве элемента выдержки времени могут быть использованы, например, операционный усилитель, охваченный емкостной отрицательной обратной связью (интегратор), ключ, шунтирующий конденсатор в обратной связи усилителя.и компаратор, подклк ченный к выходу усилителя. Управляющи вход ключа подключен к выходу порогового устройства. На вход интегратора подается сигнал постоянного тока от задающего потенциометра. Величина выдержкй времени определяется постоянной времени интегратора и величиной входного напряжения интегратора.

В нормальном режиме работы сети ключ разомкнут, конденсатор заряжен, выходной сигнал интегратора максимален и на выходе компаратора имеется сигнал логической единицы. При замы- щ кании на землю срабатывает пороговое устройство и замыкает ключ, конденсатор достаточно быстро разряжается, на выходе усилителя имеется сигнал, близкий к нулю, компаратор срабаты- р5 вает и выдает сигнал логического нуля.

Применение изобретения позволяет повысить точность настройки компенсации, улучшить переходные и установившиеся процессы в сети, а следовательно, и надежность работы сети.

Положительный эффект достигается эа счет уменьшения числа переходов однофазных замыканий на землю в двух- и трехфазные короткие.

1107215

ВНЯШИ Заказ 5771/39 Тираж 614 Поутисное вт;ж .з.—...