Устройство для автоматической настройки дугогасящего реактора

 

устройство для автоматической настройки дугогасящего реактора может быть использовано в электрических сетях трехфазного переменного тока с компенсированной нейтралью. Устройство позволяет расширить диапазон и повысить качество регулирования за счет введения блока определения расстройки компенсации, состоящего из двух фазовых и одного частотного детекторов и переключающего элемента, который подключает к измерительному трансформатору напряжения тот или иной детёк-. тор в зависимости от режима сети, который может быть либо режимом работы без замыкания на землю, либо с замыканием на землю через некоторое активное сопротивление, либо через перемежающуюся дугу. Переключающий элемент состоит из четырех реле напряжения , три из которых включены на фазные напряжения, а четвертое через LC-фильтр - на напряжение смещения нейтрали. Для определения степени расстройки компенсации в нормальном режиме и в режиме замыкания через активное сопротивление использован фазовый принцип получения информации, основанный на сравнении угла сдвига фаз между напряжением смещения нейтрали йд и опорным напряжением, в качестве которого может быть взято любое из. линейных напряжений или напряжение поврежденной фазы. Кроме того , устройство содержит тиристорный конденсаторный ключевой блок, состоящий из восьми пар тиристороЬ, включенных встречно-параллельно, и четырех конденсаторов, мощности которых относятся как 8:4:2:1, блок управления тиристорами, блок регулирования и запоминания , состоящий из релейного запоминающего устройства, двухпозицирн-, ного трехвходового ключа и генератора прямоугольных колебаний. 3 ип. « (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А1 (51) 4 .Н 02 H 9/08

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3761923/24-07, (22) 11.07.84 (46) 30.04.86. Бюл. 1) 16 (71) Винницкий политехнический институт (72) Б.И. Мокин, В.В. Назаров и Б.Д. Ткачук (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 868917, кл. Н 02 Н 9/08, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 1053212, кл. Н 02 Н 9/08, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ

НАСТРОЙКИ ДУГОГАСЯЩЕГО РЕАКТОРА (57) Устройство для автоматической настройки дугогасящего реактора может быть использовано в электрических сетях трехфазного переменного тока с компенсированной нейтралью. Устройство позволяет расширить диапазон и повысить качество регулирования за счет введения блока определения расстройки компенсации, состоящего из двух фазовых и одного частотного детекторов и переключающего элемента, который подключает к измерительному. трансформатору напряжения тот или иной детектор в зависимости от режима сети, ко-, торый может быть либо режимом работы без замыкания на землю, либо с замыканием на землю через некоторое активное сопротивление, либо через перемежающуюся дугу. Переключающий элемент .состоит из четырех реле напряжения, три из которых включены на фазные напряжения, а четвертое через

LC-фильтр — на напряжение смещения нейтрали. Для определения степени расстройки компенсации в нормальном режиме и в режиме замыкания через активное сопротивление использован фазовый принцип получения информации, основанный на сравнении угла сдвига фаз между напряжением смещения нейтрали ()„ и опорным напряжением, в качестве которого может быть взято любое из.линейных напряжений или напряжение поврежденной фазы. Кроме того, устройство содержит тиристорный конденсаторный ключевой блок, состоящий иэ восьми пар тиристороЬ, включенных встречно-параллельно, и четырех конденсаторов, мощности которых относятся как 8:4:2:1, блок управления тиристорами, блок регулирования и запоминания, состоящий из релейного запоминающего устройства, двухпоэиционного трехвходового ключа и генератора прямоугольных колебаний. 3 ил.

1228182

Изобретение относится к электроэнергии, а именно к электрическим сетям трахфазного переменного тока с компенсированной нейтралью и может быть использовано для повьппения надежности электроснабжения потребите-! лей электрической энергией, степени автоматизации электрических сетей и е безопасности их обслуживания.

Цель изобретения — расширение диапазона и повьппение качества регулирования устройства.

На фиг. 1 изображена схема устройства для автоматической настройки дугогасящего реактора; на фиг. 2— схема блока определения расстройки компенсации; на фиг ° 3 — векторная диаграмма, поясняющая принцип изменения индуктивного тока.

Устройство для автоматической настройки дугогасящего реактора содержит дугогасящий реактор (ДГР) 1, имеющий высоковольтную основную обмотку 2 и вспомогательную низковольтную обмотку 3, причем высоковольная основная. обмотка 2 дугогася.— щего реактора 1, генерирующая через землю индуктивный ток компенсации в точку однофазного замыкания, подсоединена через присоединительный трансформатор 4 к трехфазной сети 5.

Трехфазный трансформатор 6 напряжения, служащий датчиком фазных и линейных напря1пений, а также напряжения смещения нейтрали, высоковольтной обмоткой присоединен к трехфазной сети 5, а низковольтными обмотками — к входам блока 7 детекторов, состоящего из двух фазовых и одного частотного детекторов, и к переключающему элементу 8 блока 9 определеиия расстройки компенсации.

Переключающий элемент В, включаю-, щий детекторы в зависимости от нида замыкания, также соединен с блоком

7 детекторов. Выход блока 7 детекторов соединен через усилитель 10 блока 9 определения расстройки компенсации с блоком 11 определения полярности сигнала, который своими вьасодами соединен с двухпозиционным трехвходовым ключом 12 блока 13 регулирования и запоминания.

Генератор 14 прямоугольных колебаний соединен с информационным входом двухпоэиционного ключа 12 выход

"Увеличить" которого соединен с прямым входом реверсивного четырехразрядного счетчика 15, а выход "Уменьшить" — с инверсным входом счетчика.

Выходы счетчика 15 соединены с входами силовых ключей 16 блока 13 регулирования и запоминания и с входами дифференцирующих цепей 17 задатчика 18 режима работы тиристоров, выходы силовых ключей 16 соединены с входами релейно-запоминающего блока 19, блока 13 регулирования и запоминания, а выходы дифференцирующих цепей 17 через силовые ключи 20 соединены с входами релейно-запоминающего блока 21 задатчика 18 режима работы тиристоров.

1О

Выходы релейно-запоминающего бло- . ка 21, задатчика 18 режима работы тиристоров, и выходы релейно-запоминающего блока 19, блока 13 регулирования и запоминания подсоединены к входам блока 22 управления тиристоров через логическую схему 23, представляющую собой совокупность контак. тов релейно-запоминающих блоков 19 и 21.

Блок 22 управления тиристоров содержит также преобразователь 24 переменного тока в постоянный, служащий

30 источником отпирающих сигналов для тиристорного ключевого блока 25, состоящего иэ включенных попарно встречно-параллельно управляющих тиристоров 26 и разрядных тиристоров

27, причем конденсаторы 28 и резисторы 29 соединены последовательно с управляющими тиристорными парами 26 и параллельно- с разрядными тиристорными парами 27, а соединенные вместе катоды и аноды тиристорных пар

26 с одной стороны присоединены к первому выводу вспомогательной низковольтной обмотки 3 дугогасящего реактора 1, а с другой стороны — к одному из выводов конденсаторов 28.

При этом другие выводы конденсаторов

28 соединены через резисторы 29 с вторым выводом вспомогательной низковольтной обмотки 3, к которой подключены также соединенные вместе катоды и аноды тиристорных пар 27, вторые выводы которых соединены с первыми выводами конденсаторов 28.

Задатчик 30 начального смещения нейтрали представляет собой высоковольтный конденсатор 31, соединенный одним выводом с землей, а другим выводом через высоковольтный выклю1228182 чатель 32 — с одной из фаз трехфаэной сети 5.

Схема блока 9 определения расстройки компенсации (фиг, 2) содержит блок 7 детекторов, переключающий элемент 8, усилитель. 10. Блок 7 детекторов, состоящий из одного частотного 33 и двух фазовых 34 и 35 детекторов, присоединен к трехфазному трансформатору 6 напряжения. К трех- 1о фазному трансформатору 6 напряжения присоединен также и переключающий элемент 8, состоящий из четырех реле

36-39 напряжений с контактами соответственно 36. 1-36.6; 37. 1-37.5; 1$

38.1-38.5; 39.1-39.5, которые в зависимости от режима сети подключают тот или иной детектор.

Частотный детектор 33 подключен к низковольтной обмотке трехфазного трансформатора 6 напряжения, соединенной в открытый треугольник через

ЬС-фильтр, не пропускающий сигнал на основной частоте 50 Гц.

На векторной диаграмме (фиг.3) ?5 изображены: U, — напряжение смещения нейтрали сети, получаемое искусственно путем подключения к одной из фаз сети дополнительной емкости или естественным образом в режиме однофазно- 1р го замыкания; I< — ток в высоковольтной обмотке ДГР, обусловленный напряжением О, при отключенных от низковольтной обмотки ДГР конденсаторах тиристорно»резисторно-конденсаторного ключевого блока (ТРКБ); I ток в высоковольтной обмотке ДГР при включенном одном или нескольких конденса-. торах ТРКБ; 0 — напряжение, трансформирующееся в низковольтную обмотку ДГР в результате приложения к его высоковольтной обмотке напряжения смещения нейтрали Н,; I, — ток в одном или нескольких включенных конденсаторах ТРКБ, обусловленный напряжением U>, I+ — емкостный ток, трансформирующийся в высоковольтную обмотку ДГР из низковольтной обмотки, обусловленный током I

Устройство для автоматической

;настройки дугогасящего реактора с дискретным изменением индуктивного тока работает следующим образом.

При замыкании одной иэ фаз сети на землю напряжение смещения нейтра- 55 ли U,, прикладывающееся к ДГР 1, обуславливает появление в его высоковольтной обмотке 2, подключенной через присоединительный трансформатор 4 к сети 5, инДуктивного тока Ть, который при правильной настройке ДГР полностью компенсирует емкостный ток однофазного замыкания.

Поскольку в результате аварийных отключений и оперативных переключений емкость сети, а следовательно, и ее емкостный ток изменяются, то для обеспечения нулевой расстройки компенсации необходимо автоматическое изменение и значение индуктивного тока I„ ДГР. Информация о расстройке компенсации в данном устройI стве извлекается путем сравнения фазы напряжения смещения нейтрали и линейного напряжения сети в нормальном режиме или напряжении поврежденной фазы в режиме бездугового однофазного замыкания на землю, которые снимаются с вторичных обмоток измерительного трансформатора 6 напряжения, в блоке 9 определения расстройки компенсации, а именно в фазовых детекторах 7 этого блока. Эта же информация в режиме однофазного замыкания через дугу определяется в блоке 9 при помощи частотного детектора 33 блока 7 детекторов.

Подключение к измерительному трансформатору 6 напряжения того или иного детектора в зависимости от вида режима осуществляется элементом 8 переключения, представляющим собой четыре реле минимального напряжения, три иэ которых включены на.фазные напряжения, а четвертое через фильтрпробку 50 Гц (для того, чтобы реагировать только на высшие гармоники, обусловленные дугой) — на напряжение смещения нейтрали.

С выхода детекторов 7 сигнал, пропорциональный расстройке компенсации, усилившись в усилителе 10 блока 9 определения расстройки компенсации, поступает на вход определения полярности сигнала блока 11, представляющего собой дифференциальный усилитель, в плечи которого включены реле.

В зависимости от знака сигнала, пропорционального расстройке компенсации, появляется сигнал на выходе

"+" или "-" блока 11. Этот сигнал управляет трехвходовым двухпозиционным ключом 12 блока 13 регулирования и запоминания. Последовательность прямоугольных импульсов, поступающая

1228182 на информационный вход ключа 12 от генератора прямоугольных колебаний

14, появляется на выходе "Увеличить" ключа 12 при наличии сигнала "+" (недокомпенсация) на выходе блока 11, а на выходе, "Умножить" — при наличии сигнала "-" (перекомпенсация).

Последовательность прямоугольных импульсов, поступая через ключ 12 .10 на прямые (с выхода "Увеличить" ) входы четырехразрядного реверсивного счетчика, изменяет его состояние на единицу при поступлении каждого импульса, осуществляя счет от 0000 до 15

1111 (16 комбинаций). Силовые ключи

16 усиливают по мощности единичные сигналы, поступающие с выхода счетчика и возбуждают реле запоминающего устройства (ЗУ) 19, контакты которых 20 входят в блок 22 управления тиристорами в виде логической схемы 23,,которая подключает преобразователь 24 переменного тока в постоянный к управляющим электродам тиристорных

25 пар 26, обеспечивая их отпирание.

При отпирании какой-либо пары тиристоров 26 напряжение U, трансформированное в низковольтную вспомогательную обмотку 2 ДГР при появлении напря-30 жения смещения нейтрали Б, .на высоковольтной обмотке 2, прикладываясь к конденсатору 28, вызывает появление в нем, а следовательно, и в обмотке 2*

ДГР емкостного тока I, который транс-З5 формируется в высоковольтную обмотку тока Х, который трансформируется в высоковольтную обмотку в виде тока

I*. Ток IA компенсирует часть индукс с тивного тока I„высоковольтной обмот-40 ки 2 ДГР 1, доводя его значение до l+.

Включая при помощи тиристорных управляющих ключей 26 различные сочетания конденсаторов 28 мощности котоУ 5 рых будучи в сумме равными половине мощности высоковольтной обмотки ДГР (это обеспечивает глубину регулирования, равную 2), относятся как 1г2:4:8, можно обеспечить изменение тока I* высоковольтной обмотки в диапазоне значений I от 0 5 If. po I< через

3,333. Например, для ДГР типа ЗРОМ мощностью 300 кВ А, в высоковольтной обмотке которого при приложении фазного напряжения б кВ (сеть 10 кВ) протекает ток 50 А, при подключении к вспомогательной обмотке напряжением

0,6 кВ (коэффициент трансформации 10) четырех конденсаторов с мощностями

10,20,40 и 80 кВ А в сочетаниях 0;, 10; 20; 30 кВ А и т.д. до 150 кВ А пределы изменения тока будут 50;

48,34; 46,68; 45,02 А и т.д. 25 А.

Поскольку расстройка компенсации допустима в пределах + 5Х то устройство при любых изменениях емкости сети и ее емкостного тока будет обеспечивать настройку ДГР в пределах расстроек, не превышающих допустимые °

Как только найдено сочетание конденсаторов, обеспечивающее попадание расстройки компенсации в допустимую зону (+5X), сигнал на выходе усилителЬ 10 блока определения расстройки компенсации становится меньшим порогового уровня блока 11, что приводит к исчезновению сигнала на выходах блока 11, а следовательно, и к запиранию обоих каналов двухпозиционного ключа 12 блока 13 регулирования и запоминания.

В результате этого последовательность прямоугольных импульсов перестает поступать на счетчик 15, последняя комбинация нулей и единиц которого запомнится релейными элементами ЗУ 19, контакты которых в логической схеме 23 удерживают во включенном состоянии найденное оптимальное сочетание управляющих пар тиристоров 26 до тех пор, пока в результате каких-либо переключений не изменяется емкость сети.

Благодаря тому, что блок 9 определяет не только значение, но и знак расстройки, а реверсивный счетчик 15 при помощи двухпозиционного ключа 12 реагирует на этот знак процесс регулирования тока ДГР всегда осуществляется только в сторону уменьшения расстройки компенсации, что исключает возможность увеличения перенапряжений в процессе регулирования ДГР и усиления, зажиганий дуги, т.е. повышает качество регулирования.

Поскольку ток в конденсаторах опережает приложенное напряжение на о

90, а тиристор запирается при переходе тока через нуль, в процессе регулирования на конденсаторах отключающихся плеч ТРКБ будет оставаться амплитудное значение напряжения вспомогательной обмотки 2* ДГР 1. При новом включении заряженного конденсатора в его цепи появляется переход1228182 ная составляющая, которая при включении на противофазное напряжение обмотки 2* ДГР 1 обуславливает появ-, ление в тиристоре тока двойной ам5 плитуды. Поскольку активное сопротивление контура мало, то этот токзатухает достаточно долго, искажая условия резонансной настройки ДГР.

Для предотвращения этого явления в 10

ТРКБ предусмотрена цепь разряда конденсаторов 28 на низкоомные резисторы 29 через разрядные тиристоры 27 в период пребывания управляющих тиристоров 20 в запертом состоянии. 15

Разряд конденсатора даже мощностью 80 кВ А на нихромовый резистор сопротивлением 0,2 Ом заканчивается за 0,5 мс, в то время как минималь- .

20 ный период переключения управляющего тиристора равен 10 мс (полпериода промышленной частоты 50 Гц). Для того, чтобы разрядные тиристоры включались в работу только на время разря25 да конденсаторов, отключающий сигнал на их управляющие электроды подается только в промежуток времени, в течение которого импульс, формируемый дифференцирующей цепью 17 по заднему фронту единичного импульса счетчи30 ка 15, превышает порог срабатывания силового ключа 20. Поскольку от заднего фронта единичного импульса счет.чика 15 до момента запирания соответствующего управляющего тиристора мо- жет пройти время, равное 10 мс (пол- периода промышленной частоты), то so избежание короткого замыкания обмотки 2* через не успевший закрыться управляющий тиристор 26 и открывшийся разрядный тиристор 27 этого же конденсатора 28, необходимо, чтобы от заднего фронта единичного импульса счетчика 15 до момента срабатывания соответствующего реле в релейно-эаSS поминающем блоке 21 прошло время и з большее 10 мс. Поскольку время и за-, з паздывания срабатывания реле зависит как от времени собственного срабатывания реле, так и от времени нараста-0 ния фронта выходного импульса дифференцирующей цепи l7 до значения, равного порогу отпирания ключа 20, то варьируя этими параметрами всегда .можно получить значение t,, большее

10 мс. Собственное время срабатывания реле всегда можно изменить в нужных пределах подключением конденсатора параллельно его обмотке. Для того, чтобы включение управляющего тиристора 26 не происходило до включения разрядного тиристора 27 этой же цепи, необходимо устанавливать период следования импульсов генератора 14, изменяющих состояние счетчика 15, не меньшим 30 мс.

Начальное смещение нейтрали, необходимое для измерения расстройки компенсации фазовым методом в нормальном режиме функционирования сети 5, задается задатчиком 30, основным элемен- " том которого является высоковольтный конденсатор 31, подключение которого через выключатель 32 к одной из фаз сети создает несимметрию емкостей фаз относительно земли, обусловливающую появление на нейтрали сети напря-. жения смещения U, .

Эффективность предлагаемого устройства заключается в том, что при изменении емкости сети и поиске новых условий резонанса оно исключает возможность перевода ДГР в режим расстроек больших, чем во.зникшая и этим самым исключает возможность увеличения перенапряжений в сети и зажиганий дуги в процессе регулирования, которые всегда приводят к разрушению изоляции "здоровых" фаз сети на ее ослабленных участках.

Формула изобретения устройство для автоматической настройки дугогасящего реактора, имеющего высоководьтную основную и низковольтную вспомогательную обмотки с дискретным изменением индуктивного тока, содержащее тиристорный ключевой блок, выходы которого соединены с блоком управления тиристорами, блок регулирования и запоминания, содержащий релейно-запоминающий блок, выходы которого соединены с блоком управления тиристорами, двухпозиционный трехвходовый ключ и генератор прямоугольных колебаний, причем выход генератора соединен с информационным входом указанного ключа, блок определения полярности сигнала, выходы которого соединены с управляющими входами двухпозиционного ключа блока регулирования и запоминания, трехфазный трансформатор напряжения, высоковольтная обмотка которого сое1228182

10 динена с фазами сети, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона и повышения качества регулирования, оно снабжено блоком определения расстройки компенсации, задатчиком режима работы тиристоров, задатчиком начального смещения нейтрали сети, блок регулирования и запоминания снабжен ревер- 10 сивным четырехразрядным счетчиком, силовыми ключами, блок определения расстройки компенсации состоит из двух фазовых и одного частотного детекторов, переключающего элемента, 15 состоящего из четырех реле напряжения, три из которых подключены к фазным напряжениям, четвертое через

LC-фильтр — к напряжению смещения нейтрали, выходы первых. трех реле 20 соединены с фазовыми детекторами, определяющими расстройку компенсации в нормальном режиме и в режиме бездугового однофазного замыкания на землю, выход четвертого реле соеди- 25 нен с частотным детектором, определяющим расстройку компенеации в режиме однофазного замыкания через перемежающуюся дугу, выходы детекторов через усилитель блока определения 30 расстройки компенсации соединены с блоком определения полярности сигнала, задатчик режима работы тиристоров состоит из дифференцирующих цепей, выходы которых через силовые 35 ключи соединены с релейно-запоминающим блоком, выход "Увеличить" двухпозиционного ключа соединен с прямым входом реверсивного четырехразрядного счетчика, с инверсным входом кото" рого соединен выход "Уменьшить" двухпозиционного ключа, выходы счетчика соединены с входами силовых ключей блока регулирования и запоминания и с входами дифференцирующих цепей задатчика режима работы тиристоров, выходы силовых ключей соединены с входами релейно-запоминающего блока, блока регулирования м запоминания, выходы релейно- запоминающего блока задатчика режима рабо гы тиристоров соединены с входами блока управления тиристоров, тиристорный ключевой блок, состоит из тиристоров, включенных попарно встречно-параллельно, конденсаторов и резисторов, причем соединенные вместе катоды и аноды одних тиристорных пар с одной стороны присоединены к первому выводу вспомогательной низковольтной обмотки дугогасящего реактора, а с другой стороны — к одному из выводов конденсаторов, при этом другие выводы конденсаторов соединены через резисторы с вторым выводом вспомогательной обмотки дугогасящего реактора, к которому подключены также соединенные вместе катоды и аноды других тиристорных. пар, вторые выводы которых соединены с первыми. выводами конденсаторов, задатчик начального смещения"нейтрали.состоит из конденсаторов и выключателя, причем один вывод конденсатора-соединен с

I землей, а другой вывод через выключатель подключен к одной из фаз сети.

1228182

1228182 уф уб

l б АЗ

Составитель О. Наказная

Редактор И, Касарда Техред И.Попович Корректор. А. Тяско

Заказ 2293/53 Тираж 612 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4