Устройство для компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ, содержащее дискретный дугогасящий реактор, одинвьшод которого подключен к нейтрали трансформатора, подсоединенного к-сети, .а второй вывод/ ерез трансформатор тока - к земле, блок выбора повреждергной фазы, подключенньй к обмоткам фазных напряжений трансформатора напряжения, последовательно соединенные подключенный к обмотке нулевой последовательности трансФорматора напряжения первый фазосдвигающий блок, первые формирователь прямоугольных импульсов и фазочувствительный элемент, последовательно соединенные подключенный к первому, выходу блока выбора.поврежденной фазы первый фильтр основной частоты и второй формирователь прямоугольных,импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого фазочувствительного элемента , последовательно соединенные под- ; ключенный к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения второй фазосдвигающий блок,, т)етий формирователь прямоугольных импульсов, второй фазочувствительный элемент, последовательно соединенные подключенньй к обмотке нулевой последовательности трансформатора напряжения второй фильтр основной частоты, четвертьй формирователь прямоугольных импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго фазочувствительного элемента, а также подсоединенньй одним входом к трансформатору тока блок управления реактором, отличающееся тем, что, i с целью повьшения точности настройки и надежности сети, в него введены СЛ блой определения режима сети, шесть .ключей, последовательно соединенные усилитель, третий фазосдвигающий блок, пятьй формирователь прямоугольных импульсов, первый формирователь коротких импульсов на передний и задний фронт, первьй логический эле (;о мент И,.первьй счетчик импульсов, RS-триггёр, последовательно соединенные шестой формирователь прямоугольнь1Х импульсов, второй формиро.ватель коротких импульсов на передний и задний фронт, второй логический элемент И, второй счетчик импульсов, выход которого соединен с вторым входом RS-триггера, причем выходы фазочувствительных элементов соедине/ ны с управляющим входом блока управления реактором соответственно через, первый и второй ключи, три следующих ключа подключены к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения, их.выходы соединены с входом усили

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)! (я) Н 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНий И ОТНРЫТИЙ (21) 3730941/24-07 (22) 27.04.84 (46) 07.12.85. Вюл. ¹ 45 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола ,(72) А.Н.Хабаров, О.А.Петров и А.М.Ершов (53) 621.318.43(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 773822, кл.. Н 02 Н 9/08, 1980..

Авторское свидетельство СССР № 995199, кл. Н 02 J 3/18, 1983. .Авторское свидетельство СССР

¹- 866633, кл. Н 02 Н" 9/08, 1981. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ОДНОФАЗНОГО

ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ, содержащее дискретный дугогасящий реактор, один. вывод которого подключен к нейтрали трансформатора, подсоединенного к сети,.а второй вывод через трансформатор тока к земле, блок выбора поврежденной фазы, подключенный к обмоткам фазных напряжений трансформатора напряжения, последовательно соединенные подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора .напряжения первый фазосдвигающий блок, первые формирователь прямоугольных импульсов и фа- зочувствительный элемент, последовательно соединенные подключенный к первому выходу блока выбора.поврежденной фазы первый фильтр основной частоты и второй формирователь прямоугольных импульсов, выход которого- соединен с вторым входом первого фазочувствительного элемента, последовательно соединенные подключенный к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения второй фазосдвигающий блок,, третий формирователь прямоугольных импульсов, второй фазочувствительный элемент, последовательно соединенные подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора напряжения второй фильтр основной частоты, четвертый формирователь прямоугольных импульсов, выход которого соедииен с вторым входом второго фазочувствительного элемента, а также подсоединенный одним входом к трансформато.— ру тока блок управления реактором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности настройки В и надежности сети, в него введены блоК определения режима сети, шесть .ключей, последовательно соединенные усилитель, третий фазосдвигающий блок, пятый формирователь прямоуголь- Я ных импульсов, первый формирователь коротких импульсов на передний и зад-" ний фронт, первый логический элемент И, первый счетчик импульсов, RS-триггер, последовательно соединенные шестой формирователь прямоуголь- ©) ных импульсов, второй формирователь коротких импульсов на передний и задний фронт, второй логический элемент И, второй счетчик импульсов, выход которого соединен с.вторым входом RS-триггера, причем выходы фазочувствительных элементов соединены с управляющим входом блока управления реактором соответственно через. первый и второй ключи, три следующих ключа подключены к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения, их,:выходы соединены с входом усили7001

119 теля, а управляющие входы — соответ-. ственно с вторым, третьим и четвертым выходами блока выбора поврежденной фазы, шестой ключ включен между

RS-триггером и управляющим входом блока управления реактором, а управляющие входы первого, второго и шестого ключей подключены.к соответствующим выходам блока определения режима сети, выход первого счетчика соединен с установочным входом второго счетчика, а выход второго счетчика — с установочным входом первого счетчика, первйй и пятый выходы блока выбора поврежденной фазы соединены соответственно с вторым и третьим входами блока определения режима се- ти, четвертый выход которого подключен к блокирующему входу блока управ.ления реактором, первый вход блока определения режима сети и вход шестого формирователя прямоугольных импульсов соединены с обмоткой напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок определения режима сети содержит три преобразователя переменного напряжения в логический сигнал с .Уставками по напряжению, фильтр основной частоты, логический элемент НЕ, логический элемент ИЛИ, три логических элемента И и один логический элемент ИНЕ, причем к первому входу блока определения режима сети подключены входы первых двух преобразователей переменного напряжения в логический сигнал, к второму входу — вход фильт ра основной частоты, а.к третьему входу подключены вход логического элемента НЕ и первый вход логического элемента ИЛИ, выход логического эле- . мента НЕ соединен с первым входом первого логического элемента И, неинверсный выход первого преобразователя переменного напряжения в логический сигнал соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ и с первым входом третьего логического элемента И, а его инверсный вход — с вторым входом первого логического элемента И, йеинверсный выход второго. преобразователя переменного напряжения в логический сигнал соединен с первым входом второго логического элемента И, а инверсный выход— с вторым входом третьего логического элемента И, неинверсный выход третьего преобразователя переменного напряжения в логический сигнал соединен с первым входом логического элемента И-НЕ, а инверсный выход— с вторым входом второго логического элемента И, выход логического элемента ИЛИ соединен со вторым входом логического элемента -HE выходы первого, второго и третьего логических элементов И и логического элемента И-НЕ соединены соответственно с четырьмя выхоДами блока определе.ния .режима сети..

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области электрических сетей.

Цель изобретения — повьппение точности настройки компенсации и на-. дежности сети.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю; íà фиг. 2 — функциональная схема блока выбора. поврежденной фазы; на фиг. 3 — функциональная схема блока определения режима сети; на фиг. 4 - стилизованная ди2 аграмма напряжений блока выбора поврежденной фазы и блока определения режима сети; на фиг. 5 — функциональная схема блока управления дискретным дугогасящим реактором.

К электрической сети подключен трансформатор 1, между нейтралью которого и землей включены последо.вательно соединенные дискретный дуго1р гасящий реактор 2 и трансформатор 3 тока. К реактору подключен блок 4 управления реактором, управляющий его ключами. К обмотке, соединенной в звезду трансформатора 5 напряже1197001 ния сети, подключен блок 6 выбора поврежденной фазы. Между обмоткой нулевой последовательности трансформатора 5 напряжения и управляющим входом блока 4 управления реактором .включены последовательно соединенные первые фазосдвигающий блок 7, формирователь 8 прямоугольных импульсов, фазочувствительный элемент 9 и ключ 10. Между первым выходом блока 6 выбора поврежденной фазы и вторым входом фазочувствительного элемен- та .9 включены последовательно первый фильтр 11 основной частоты и второй формирователь 12 прямоугольных импульсов. Между обмоткой, соединенной в звезду, трансформатора 5 напряжения и управляющим входом блока 4 управления реактором последовательно включены,второй фазосдвигающий блок 13, третий формирователь 14 прямоугольных импульсов, второй фазочувствительный элемент 15 и второй ключ 16.

Между обмоткой нулевой последовательности трансформатора 5 напряжения и вторым входом фазочувствительного элемента 15 последовательно включены второй фильтр 17 основной частоты и четвертый формирователь 18 прямо- . угольных импульсов. К соответствующим выходам блока 6 выбора поврежденной фазы подсоединены три ключа 19—

21, выходы которых подключены к входу усилителя 2?. Последний соединен с управляющим входом блока 4 управ.ления реактором через последователь- но соединенные: третий фазосдвигающий блок 23, пятый формирователь 24 прямоугольных импульсов, первый формирователь 25 коротких импульсов на передний и задний фронт, первый ло1 гический элемент И 26, первый счетчик 27 импульсов, RS-триггер 28 и шестой ключ 29, Между обмоткой нулевой последовательности трансформатора 5 напряжения и вторым входом

RS-триггера 28 последовательно включены шестой формирователь 30 прямоугольных импульсов, второй формирователь 31 коротких импульсов на передний и задний фронт, второй логический элемент И 32 и второй счетчик 33 импульсов. К той же обмотке трансформатора 5 напряжения подключен блок 34 определения режима сети, соответствующие выходы его соединены с управляющими входами первого. второго, шестого ключей и блоки5 !

О

55 рующим входом блока 4 управления реактором.

Блок 6 содержит три преобразователя 35 — 37 переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению, три логических элемента И 38 — 40, логический элемент ИЛИ 41, блок 42 времени, ключи 43 — 45 и усилитель 46.

Блок 34 определения режима сети содержит три преобразователя 47 — 49 переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению, фильтр 50,основной частоты, логический элемент НЕ 51, логический элемент ИЛИ 52, три логических элемента И 53 — 55 и логический элемент ИНЕ 56. Блок 4 управления дискретным дугогасящим реактором содержит последовательно соединенные триггер 57 направления, логический элемент И 58, реверсивный счетчик 59. К выходу последнего подключены три дешифрато- ра: грубо 60, точно 61 и точнее 62, которые соединены с блоком 63 формирования управляющих сигналов. Последовательно включены также формирователь 64 прямоугольных импульсов, делитель 65 и логический элемент И 66.

В схеме имеется также ограничитель 67 счета. Блок 63 формирования управляющих сигналов предназначен для усиления по мощности передаваемого сигнала и согласования параметров силовых цепей тиристоров реактора и цепей управления.

Блок 6 выбора поврежденной фазы предназначен для определения поврежденной фазы сети при однофазном замыкании на землю и вьделении напряжения в месте замыкания U 3 и фазного напряжения поврежденной фазы U д °

Блок 34 определения режима сети служит для распознавания режимов работы сети и получения соответствующих логических, сигналов, использование которых в системе компенса- . ции обеспечивает необходимый алгоритм ее работы. Рассмотрим работу двух этих блоков в целом при различных режимах работы сети.

Напряжения фаз сети Up, U U (фиг. 2) относительно: земли подаются на преобразователи 35 — 37 переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению 0,2 U и на основные входы ключей 43 — 45, а напряжение нейтрали подается .на два преобразователя 47 и 48 (фиг.3) 5 11970 переменного напряжения в логический сигнал с.уставками по напряжению соответственно 0,2 U и 0,8 U>.

Уставка по напряжению преобразователя 49 равнй 0,005 U . Если входные напряжения преобразователей меньше напряжения уставок, то их выходные сигналы равны логическому нулю, при превышении напряжения уставок— логической единице. Выбранные уставки ð обеспечивают. изменение: выходного сигнала одного.из преобразователей 35 — 37 только при возникновении в электрической сети однофазного замыкания на землю (033) или исчезновении напряжения на одной из фаз (обрыве фазы - ОФ); выходных сигналов преобразователей 47 и 48, которые позволяют формировать коман-" ду управления для настройки системы компенсации при горении перемежающейся заземляющей дуГи, когда напряжение нейтрали Uy изменяется практически от фазного значения до нуля; выходного сигнала преобразователя 49 д5 при возникновении металлического однофазного замыкания на. землю.

Сигналы 8 с инверсных выходов преобразователей 35 — 37 подаются на входы логических элементов И одноименных фаз (соответственно 38 — 40) и на входы логического элемента ИЛИ 41, а сигналы F с неинверсных выходов— на логические элементы И отстающей и опережающей фаз. Такая схема соеди-,з нений в нормальном режиме работы электрической сети обеспечивает запрет логических элементов И от преобразователей одноименных фаз, а при

40 возникновении однофазного замыкания на землю или обрыве фазы — разрешение для логического элемента поврежденной фазы и подтверждение запрета для логических элементов здоровых фаз.

В нормальном режиме (HP) сигнал Z

45 (фиг. 2) на выходе логического элемента ИЛИ 41 равен логическому нулю, а при возникновении однофазного замыкания на землю или обрыве фазы — сра- зу становится равным логической еди50 нице. Для отстройки от апериодической составляющей тока замыкания на землю, искажающей информацию о настройке компенсации, используется блок 42 времени,которой обеспечиваетзадержку сигнала Е на время, равное 0,2 — 0,5 с.

Когда сигнал Zg становится равным логической единице, снимается запрет

01 на четвертом входе логического элемента И поврежденной фазы и на его выходе появляется сигнал, открывающий соответствующий ключ(один из 43,, 44, 45), благодаря чему на выходе усилителя 46 появляется напряжение поврежденной фазы U в аналоговой форме.

Для выделения основной гармоники Uy из сигнала U используется фильтр основной частоты 50 (фиг, 3).

Сигнал N (фиг. 3) на неинверсном выходе преобразователя 47 в нормальном режиме равен логическому нулю, При превышении напряжением П р величины 0,2 U он становится равным логической единице. Аналогичным образом изменяется сигнал К на неинверсном выходе преобразователя 48, но при превышении напряжением нейтрали Uo величины 0,8 Б, .

Сигнал M на неинверсном выходе преобразователя 49 становится равным логическому нулю, когда напряжение U на поврежденной фазе становится меньше 0,005 U !

При таких величинах напряжения U возможно искажение информации о настройке компенсации вследствие малости самого сигнала.

Для формирования сигналов, характеризующих определенные состояния электрической сети и которые используются для управления отдельными функциональными каналами (блоками системы компенсации), используются логические элементы ИЛИ 52, И 53

55 и И-НЕ 56, на входы которых подаются определенные сочетания логических сигналов (фиг. 3).

Для выявления нормального режима используется логический элемент И 53, на входы которого подаются логические сигналы Z и N.

В нормальном режиме эти сигналы равны логическим единицам, следовательно, и. выходной сигнал Н логического элемента И .53 будет равен логической единице (фиг. 4), Аналогично для выявления однофазного замыкания на землю через переходное сопротивление используется логический элемент И 54, на два входа которого подаются логические сигналы К и М (его выходной сигнал — Е); переходного процесса при горении перемежающейся заземляющей дуги используется логический элемент И 55, на два входа которого подаются логи

197001 8 о 5

10 о

Полученные логические сигналы Н, Е, D u P далее используются в системе автоматической компенсации.

Блок 4 управления реактором работает как интегрирующее устройство. При поступлении от трансформатора 3 тока на его вход синусоидального сигнала (напряжения) он преобразуется в прямоугольные импульсы с помощью формирователя 64 прямоугольных импульсов. Полученные импульсы делятся с помощью делителя 65 и через один из логи-. ческих элементов И 58 или 66 прямоугольные импульсы пониженной частоты воздействуют на вход прямого либо обратного счета реверсивного счетчика 59. Последний изменяет свои состояния. Через дешифраторы 60—

62 и формирователь 63 сигналы поступают на выход блока управления реак-. тором. Они переключают ключи дугогасящего реактора, в результате меняется его индуктивность. Например, если счетчик 59 импульсов работает

I на сложение, то индуктивность дугогасящего реактора увеличивается, а если на вычитание, то индуктив45

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме сети блок 34

50, определения режима сети на выходе выдает нулевые сигналы Е, D и единичный сигнал Н, который замыкает второй ключ 16..На входы фильтра 17 и фазосдвигающего блока 13 подаются соответственно напряжение нейтра55. ли U< и опорное напряжение U „, в качестве которого используется одно из линейных напряжений, снимае7 1 ческие сигналы N и К (его выходной сигнал — D) и металлического однофазного замыкания на землю и обрыва фазы сначала используется логический элемент ИЛИ 52, на два входа которог подаются логические сигналы 2 и N (его выходной сигнал L). Далее сигнал L совместно с логическим сигналом M подается на входы логического элемента И-НЕ 56, выходной сигнал которого — Р.

Таким образом, значение сигнала Н будет равно логической .единице тольк в нормальном режиме работы сети (U <0,2 U ). Сигнал Е будет иметь значение логической единицы только в режиме устойчивого однофазного замыкания через небольшое сопротивление (U > 0,8 U; 0,2 U „>U >

>0,005 ц,).

Сигнал D будет иметь значение логической единицы только в режиме переходного процесса (О, 8 U >U >

>0,2U ; U>)0,20 ).

Сигнал P будет иметь значение логического нуля только в двух режимах: при металлическом однофазном. замыкании на землю (UÄ>0,8 U

U)(0,ОО5 Ц ) и при обрыве одной из фаз..ность реактора уменьшается. Направление счета реверсивного счетчика 59 .

l импульсов определяется состоянием триггера 57 направления. При изменении состояния указанного триггера входным импульсом меняется направление счета реверсивного счетчика 59.

В случае, когда реверсивный счетчик 59 достигнет одного из своих предельных состояний, то ограничитель 67 запретит прохождение импульсов через логические элементы И 58 и 66, поэтому индуктивность реактора меняться не будет. При изменении же состояния триггера 57 направления запрет ограничителем 67 снимается и реверсивнык счетчик 59 будет вновь считать импульсы (но уже в другом направлении).

При расстройке компенсации триггер 57 направления находится в состоянии, соответствующем знаку расстройки компенсации, и обусловливает изменение индуктивности реактора в сторону резонансной настройки.

При резонансной настройке компенсации триггер 57 направления будет периодически реверсироваться, а в системе возникнет автоколебательный режим около точки резонансной настройки. Формирователи 25 и 3 1 коротких импульсов на передний и задний фронт предназначены для формирования коротких импульсов по переднему и заднему фронтам прямоугольных сигналов. Они состоят из двух известных формирователей коротких импульсов (на передний и задний фронты), выходные сигналы которых проходят через дополнительный логический элемент И. Формирователи служат для увеличения информации за один промежуток времени (нанример, за период промьппленной частоты) в два раза. мое с НТМИ. Фазочувствительный эле35 Применение устройства повышает надежность работы сети.

9 11 мент 15 осуществляет настройку дуго гасящего реактора 2 по фазе между указанными напряжениями. Резонансной настройке соответствует нулевой угол между напряжениями U и П „ .

При однофазном замыкании на землю через небольшое сопротивление блок 34 определения режима сети выдает на выходе нулевой сигнал Н, D и единичный сигнал Е. Соответственно ключ 10 замыкается, .а ключ 16 размыкается.

На фазочувствительный элемент 9 через соответствующие блоки будут подаваться напряжения поврежденной фа-. зы U с первого выхода блока 6 выбо) ра фазы и напряжение нейтрали Uo с трансформатора 5 напряжения. Таким образом, в режиме устойчивого однофазного замыкания на землю будет осуществляться настройка дугогасящего реактора 2 по фазе между указанными напряжениями. При резонансной настройке угол между напряжениями U и U будет равен нулю. Если при этом о в сети возникнет металлическое однофазное замыкание на землю и напряжение U> станет менее 0,5 U< то сигнал P на выходе блока 34 станет нулевым и обеспечит запрет работы блока 4 управления реакто,ром. Последний будет помнить предшествующую настройку. В результате индуктивность реактора 2 меняться не будет.

При однофазном замыкании на землю через перемежающуюся дугу сигналы Н

97001 10 и Е на выходе блока 34 будут нулевыми, а сигнал D станет равным логической единице и соответственно ключи 10 и 16 разомкнутся, а ключ 29 замкнет ся. На вход соответствующего канала (блоки 19 " 33) будут поступать напряжение нейтрали Б и фазное напряжение поврежденной фазы Б » через один из ключей 19 — 21. Этот ключ

10 включается соответствующим выходным сигналом блока 6 выбора поврежденной фазы. При прохождении через нуль сигналов Uo u U „ формируются короткие импульсы, которые просчи1S тываются соответственно счетчика ми 33 и 27. В зависимости от соотношения частот f u f указанных напряо жений один из счетчиков 33 или 27 просчитывает до заданного числа и

20 установит в соответствующее состоя ние RS-триггер 29. Одновременно . с этим он осуществит сброс в нулевое состояние другого счетчика.

Сигнал с .выхода RS-триггера через

25 ключ 29 поступит на управляющий вход блока 4 управления реактором и обеспечит изменение его индуктивности в сторону резонансной настройки.

При этом частота f будет изменятьЗО ся, приближаясь к частоте f .сети.

Резонансной настройке компенсации соответствует равенство частот f и fc1197001

1197001

ИИ

Фие.f

Составитель О.Наказная

Редактор Н.Данкулич Техред М.Пароцай Корректор С.Шекмар

Заказ 7572/54 Тираж 619 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4