Измеритель и всережимный автокомпенсатор токов однофазных замыканий в воздушных,кабельных и смешанных сетях

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трехфазных сетях с заземлением нейтрали через дугогасящий реактор. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия . Устройство позволяет одновременно с измерением расстройки или автонастройкой компенсации емкостных токов производить измерение активных потерь в контуре нулевой последовательности в нормальном режиме ее работы и автоматическую подготовку компенсации активной составляющей, что обеспечивает достижение цели. Г1ри возникновении в сети однофазного за-. мыкания на землю блок распознавания режимов работы сети блокирует работу генератора, в результате чего блок создания искусственной несимметрии одним коммутатором отключается от сети, снимает блокировку компенсатора активной составляющей, благодаря чему в сеть вводится компенсирующее напряжение, величина которого соответствует ранее измеренным активным потерям, посредством другого коммутатора подключает вход интегратора к выходу активной составляющей блока настройки в режимах замыкания, образуя замкнутый контур автокомпенсации активной составляющей, а посредством третьего коммутатора переключает вход блока управления дугогасящим реактором на выход емкостной составляющей блока настройки, образуя замкнуты контур автокомпенсации емкостной составляющей тока замыкания. 2 ил. с 4ib j оо о v| СО

СОЮЗ СОИЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 02 J 3 18

Г1

q)1 с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4274689/24-07 (22) 27.05.87 (46) 07. 12.88. Бюл. М 45 (71) Донецкий политехнический институт и Институт прикладной математики и механики АН УССР (72) В.К.Обабков, Ю.Н.Целуевский и Э.Р.Осипов. (53) 621.316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1030913, кл. Н 02 J 3/18, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 1257745, кл. Н 02 J 3/18, Н 02 Н 9/08, 1986. (54) ИЗИЕРИТЕ3!Ь И ВСЕРЕИВЯЫЙ АВТОКОИПЕНСАТОР ТОКОВ ОДНОФАЗНЬИ ЗАМЫКАНИИ В ВОЗДУЫНЫХ, КАБЕЛЬНЫХ И СМЕШАННЫХ СЕТЯХ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трехфаэных сетях с заземлением нейтрали через дугогасящий реактор. Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей и повышение быстродействия. Устройство позволяет одновременно с измерением расстройки или автонастройкой компенсации емкостных токов производить измерение активных

„„SU„„1443079 А 1 потерь в контуре нулевой последовательности в нормальном режиме ее работы и автоматическую подготовку компенсации активной составляющей, что обеспечивает достижение цели. Нри возникновении в сети однофаэного за-. мыкания на землю блок распознавания режимов работы сети блокирует работу генератора, в результате чего блок создания искусственной несимметрии одним коммутатором отключается от сети, снимает блокировку компенсатора активной составляющей, благодаря чему в сеть вводится компенсирующее напряжение, величина которого соответствует ранее измеренным активным потерям, посредством другого коммутатора подключает вход интегратора к выходу активной составляющей блока настройки в режимах замыкания, образуя замкнутый контур автокомпенсации активной составляющей, а посредством третьего коммутатора переключает вход блока управления дугогасящим реактором на выход емкостной составляющей блока настройки, образуя эамкнутьи1 контур автокомпенсации емкостной составляющей тока замыкания. 2 ил.

1443079

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трехфаэных сетях с заземлением нейтрали через дугогаснщий реактор.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повыщение быстродействия.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 — пример принципиальной схемы совместной реализации первого и второго полосовых фильтров и первого сумматора.

На функциональной схеме (фиг. 1) 15 обозначены трехфазная сеть 1 с компенсатором емкостных токов однофазных замыканий на землю, в качестве которого использован дугогасящий реактор 2, и компенсатором 3 актив- 20 ной составляющей, блок 4 управления компенсатором 2 и блок 5 управления компенсатором 3, связанные с сетью датчики 6 напряжения смещения нейтрали или тока дугогасящего реактора и фазных напряжений, первый

7 и второй 8 фазовые детекторы, первый сумматор 9, первый 10 и второй 11 полосовые фильтры, блок 12 создания искусственной несимметрии, коммутатор 30

13, ортогонализатор 14, сумматоры 15 и 16, релейные звенья 17 и 18, синхронные детекторы 19 и 20, множительные звенья 21 и 22, фильтры 23-26 низких частот, сумматоры 27 и 28, коммутаторы 29 и 30, индикаторы 31 и

32, блок 33 настройки в режимах замыкания, интегратор 34, блок 35 распознавания режимов работы сети, блок 36 задания упреждения настройки, генера- 41) тор 37 опорного и поискового сигналов 37 и ортогонализатор 38.

На фиг.2 обозначены операционный усилитель 39, конденсаторы 40-42 и резисторы 43-46. 45

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы сети, который распознается блоком 35, например, по амплитуде напряжения смещения нейтрали, компенсатор 3 активной составляющей заблокирован, а интегратор 34, коммутатор 29 и сумматор 27 образуют схему задания началь" ных условий интегратора 34, в кото" рой сигнал U интегратора 34 пропор2 ционален сигналу на выходе фильтра 25.

Генератор 37 опорного и поискового сигналов вырабатывает низкочастотные периодические колебания следующих видов:

l(t) =a(s ign cos (A t+4) +1 (1) а,(t) - cos(gt+/). Прямоугольный сигнал /(й) управ" ляет коммутатором 13, который периодически с частотой Q. коммутирует сигнал 8„(t) искусственной несимметрии. В результате на вход объекта управления поступает, помимо сигнала

g<(t) естественной несимметрии, промодулированный сигнал О д(С) искусственной несимметрии вида

+5s ign cos фС+3) +1) (R у )M(jv)8„jcosvt+

+ Т „lM(ju) дц ) 81пыс ) (2) с з где величины Е и К < определяются неизвестными амплитудой и фазой сигнала О (t) естественной неснмметрии и параметрами КНПС; частотная характеристика контура (4) A(4)) = 1 + Rg -M L С, e+„(t) (t) e„(t) цЬ1Яп cos(At+4)+1)cosset.

Сигнал f(t) на выходе датчика наI пряжения смещения нейтрали или тока дугогасящего реактора

Е(с)-И(В,L,С,g) В,(С) +И(В,L,С,д)Е, (t), l где M(D,L,С,g) — передаточная функция контура нулевой последовательности сети от тока несимметрии к напряжению смещения нейтрали или току реактора 2;

D=d/dt — оператор дифференцирования; Ь вЂ” индуктивность реактора 2;

С и g — суммарные емкость и активная проводимость между фазами сети 1 и землей.

Если частота Я достаточно низка ! и влиянием переходных процессов, возникающих при переключениях коммутатора 13, можно пренебречь, то

f (t ) E совыс+ Я s inst + е 1

144 (5) RS+Lg

R — активное сопротивление реактора 2, и — комплексная амплитуда сигнала 8» (t) искусственной несимметрии, зависящая от способа ее создания.

Выражение для S(j

В дальнейшем для определенности рассматривается случай, когда указанным датчиком является датчик напряжения смещения нейтрали, а искусственная несимметрия создается при помощи подключения к вторичной обмотке дугогасящего реактора 2 низковольтного источника 50 Гц через токоограничивающий конденсатор С.

При этом

3079 .

+(t)=K4Re(W(jw) 9ц(З ")1 сов (qt+<). (9)

Опорный сигнал фазового детектора

8 сдвинут на 90 по отношению к сиг"

5 налу Bn(t ) IIp и пОмОщи Орто гон алиэ ато» ра 14. В связи с этим выходной сигнал () детектора 8, определенный .по аналогии с (8), равенн

10 е, ()= -Кq (Eе+(sign cos0?t+/)+1)

"Е(И(3ы) Й (3 ) ) +Р(С).. Фильтр 11 выделяет составляющую сигнала 2(t) на частоте и и сдвигает ее по фазе на 90 . В результате выходной сигнал у(с) фильтра 11 ра1 вен

I„(t) = -K+l(W(j< ) 0(,(3ы)) sin(Qt+e0.

20 (10) На выходе сумматора 9 формируется гармонический сигнал, который с учетом (3)-(7) можно представить в сле25 дующем aидe: (6) S(jw) = К + ЗыЬ"-3ьъ; и(3 ) — 3 — — 3 . ()

Е

Кт где К. — коэффициент трансформации от рабочей обмотки реактора

2 к вторичной обмотке

Š— амплитуда ЭДС низковольтного источника 50 Гц.

Фазовый детектор 7 производит умножение сигнала E(t)=e(t) на сигнал

gn(t)„ в результате чего его выходной сигнал () =К () On(t) = К Я,+

+(sign cosQt+ +1 3 Rt(W(jw) &n(ju))$ +

+ Р(с), (8) где коэффициент К определяется техЧ,. нической реализацией детектора 7, несет информацию О косинусной составляющей сигнала (2 ), а также включает в себя колебательные составляющие p(t) с частотами 100 Гц и выше, которые подавляются полосовым фильтром 10. Указанныи фильтр подавляет также постоянную составляющую и все колебательные составляющие в сигнале

1 (t) с частотами, отличными от Й, 1 выделяя только лишь составляющую на частоте и так, что согласно (2) выходной сигнал полосового фильтра 10 равен ч (t) V (t) + v(t)

КРе (1 (3ь ) Эчe ® +"))

cos (51t+4l+ ), 30 где 4 „= К /M(jw/8, arg W(jw)+Ti/2, . (12) cos ц = — / W(jr )/; l

sin ч = — /И(3м)/.

А

4)L (14) Сигналы ь,(t) и 61() на выходах релейных звеньев 17 и 18 равны соот55

Ь(С) = Н sign (4 )+О,) =

=H sign(<„cos (Sgt+u+d+U, )); (15) Таким образом, на выходе сумматора 9 восстанавливается гармонический сигнал г(t) с частотой и, амплитуда 1 которого пропорциональна модулю частотной характеристики W(ju) контура 3, фаза у — аргументу этой

45 характеристики (сдвинутому на % j2+a() .

Оба параметра 1 "„, и у сигнала

+t) содержат полезную информацию как о состоянии резонансной настройки, так и о величине активных потерь, 50 кОтОрая выделяется IIpH дальнейшей обработке указанного сигнала.

5(t) = Н sign5+t) + 02 ) =-И signj cos(дС+ 1 1+Ц2)1, (16)

+,О А,- (t) cos picot+ Ц.(t)j

1 = 2 где U и 0 — сигналы на выходах со1 ответственно синхронных детекторов 20 и 19.

Для дальнейших преобразований сигналы Й(С) и 6 (t) целесообразно 10 представить сложными рядами Фурье

4(t) = л Н arcsin — +

2 U1

II V

4 Ц

+ — Н 1 — (— } cos (gt+y+e($ 15

Vm

U„=K„arctg K, e,,Ц =К,arctg К,— „ и и (22)

Принимая во внимание соотношения (4) и (5) для величин А(ы) и 2 при

К « 1, выражения для сигналов управления U и Ц можно представить в следующей форме:

U =К,arctg (— — ы С}, %- Ко и (23) 79 6 фильтрами 26 и 25 низких частот, определяются первыми членами выражения (17) и (18). Подставив в укаэанные выражения соотношения (21) с учетом (12)-(14), получают

2 Uz 20

6 (t) = Н arcsin — +

7l 6

+ — Н 1- (— ) cos @ +,+) +

4 Ц2 l

1i1

+ 2 A; (t) cos(i1 t+ q2(t)) . (18)

1= 1

Сигналы 0, (t) и U,(t) на выходах синхронных детекторов 20 и 19 могут быть найдены как результат осреднения по времени произведений сигналов

6,(Г), 62(Г.) соответственно на опорные сигналы Л,(й) вида (1) и (e) = яхп (Я +Ы) (19) те е °

0 (t) = K, .6,(t) d,(t)

Ц2() = K, 6(t)Л,(t), где величина К определяется свойствами фильтров 23 и 24 и величиной Н.

Подставив в (20) выражения (1), (17)-(19) и проведя соответствующие преобразования, получают следующие выражения для сигналов Ui и Ц .

К,cos ч

Kosinv (21)

1+К2 Я хп м о где коэффициент К определяется свай- 55 ствами фильтров 23 и 24 и величиной Н.

+ +

Постоянные составляющие U, и U 2 сигналов 6(t) и Ь2(С), выделяемые

U2=K агс 0 8„Н1-K) g„+gñ)=

Ч

=К,arctg — g

Ко (24)

1, где g, — активная проводимость, связанная с потерями в изоляl ции сети и потерями в стали ДГР;

g „ — активная проводимость, связанная с потерями в меди

ДГР

g — общая активная проводимость КНПС.

Релейные звенья 17 и 18 совмещают функции компараторов сигнала V(t) и релейнык звеньев (линеаризираванных гармоническим сигналом), выполняющих операцию деления.

4F

Постоянные составляющее U и Ц „ сигналов 6,(t) и 6>(t) выделяются фильтрами 26 и 25 низких частот, на выходах которых формируются сигналы U è Uq пропорциональные составляющие U и U и поэтому также определяющиеся выражениями (23) и (24).

Иэ (23} и (24) следует, что знак и величина сигнала управления в контуре компенсации емкостной составляющей в предлагаемом устройстве однозначно связаны монотонной, близкой к линейной, функциональной зависимостью с расстройкой контура I нулевой последовательности (которая выражена разностью индуктивной и еикостной проводимостей, что эквивалентно реактивному току замыкания), а величина сигнала Uq управления в контуре компенсации активной составляющей также однозначI 14430 но» вя вана монотонной, близкой к линейной, функциональной зависимостью с активными потерями в контуре 1 (которь»е выражаются суммарной активной

5 утечкой„ что эквивалентно активному току замыкания). С уменьшением величины К„ или увеличением величины например,за счет уменьшения величины H или коэффициентов передачи фильт-10 ров 23 и 24 указанные функциональные зависимости приближаются к линейным.

При этом практически отсутствуют перекрестные влияния расстройки компенсации емкостной составляющей на сигнал U в контуре управления компенсацией активной составляющей и величины активных потерь в контуре на сигнал U, в контуре управления компенсацией емкостной составляющей. 2р

Сигнал U, поступает на индикатор

31, шкала которого проградуирована в единицах реактивной проводимости, реактивного тока или коэффициента расстройки, что позволяет контроли- 25 ровать величину расстройки компенсации в данной сети. Сигнал Пт поступает на индикатор 32, шкала которого проградуирована в единицах активной проводимости, активного тока, ð коэффициента демпфирования или постоянной времени, что позволяет, в частности, косвенным образом судить о состоянии изоляции сети.

Сигнал U.. кроме того, через сумматор 28 и коммутационный элемент 30 поступает на вход блока 4 управления .реактором 2, благодаря чему производится автонастройка компенсации в нормальном режиме работы сети. Выход- др ф ной сигнал U блока 36 упреждения настройки, суммируясь с сигналом Б,(t), создает в контуре 1 заданную перекомпенсацию или недокомпенсацию, величина которой определяется только лишь

А

I сигналом U и не зависит от параметров контура 1. Блок 36 при необходимости может использоваться с целью программной коррекции настройки компенсации емкостной составляющей при возникновении однофазных замыканий . на землю для учета нелинейности вольтамперной характеристики реактора 2.

Сигнал U поступает на схему задания начальных условий в контуре компенсации активной составляющей, кото-. рая образована сумматором 27, коммутационным элементом 29 и интегратором

34. Указанные элементы образуют инерционное звено, причем установившийся выходной сигнал интегратора 34 (а следовательно, и начальные условия в контуре компенсации активной составляющей) пропорционален сигналу U т.е. активным потерям в контуре 1.

При возникновении в сети однофазного замыкания на землю блок 35 распознавания режимов работы сети блокирует работу генератора 37 опорного и поискового сигналов, в результате чего блок 12 создания искусственной несимметрии коммутирующим элементом 29 отключается от сети. По сигналу этого же блока снимается блокировка компенсатора 3 активной составляющей и в сеть немедленно вводится компенсирующее напряжение, величина которого соответствует измеренным ранее активным потерям. Коммутирующий элемент

29 отключает вход интегратора 34 от схемы ".àäàíèÿ начальных условий и подключает его выходу активной сос-: тавляющей блока 33 настройки в режимах замыкания. В результате образуется замкнутый контур автокомпенсации активной составляющей, которь»й отслеживает возможные изменения активных потерь в контуре 1. Кроме того, коммутирующий элемент 30 переключает вход блока 4 управления на выход емкостной составляющей блока

33 настройки в режимах замыкания, благодаря чему образуется замкнутый контур автокомпенсации емкостной составляющей, который поддерживает резонансную настройку так же и в режимах замыкания.

С целью упрощения фильтры 10 и

11 и сумматор 9 целесообразно объединить в один узел (фиг.2). Выходной сигнал данной схемы определяется следующим o»»,:раторным выражением:

4(t) =(Tа1»2+2(TD+1) (Kg, +Ó,Р }, — С»С РФ4, .6=0,5(1 + — + — ) . 3

R4 03 R4, R 0e Вз

K = R4(R», -» при условии, что С,=К,,С (К, +R, +R4 3.

Кроме того, должны выполняться следующие условия:

1443079!

1/Я, К =Я,, где Я вЂ” круговая частота поиска.

Предлагаемое устройство работоспособно не только в нормальном режиме работы сети, но и в режимах замыканий, причем в указанных режимах оно осуществляет автокомпенсацию как емкостной, так и активной составля1ощей. В нормальном режиме работы сети производится предварительная автонастройка компенсации не только емкостной, но-и активной составляющей. формула изобретения

Измеритель и всережимный автокомпенсатор токов однофазных замыканий в воздушных, кабельных и смешанных сетях, содержащий блок создания искусственной песимметрии, выход которого подключен к сети с дугогасящим реактором через первый коммутатор, к управляющему входу которого подключен первый выход генератора поискового и опорного сигналов, первый и второй фазовые детекторы, первые входы которых связаны с сетью через датчик напржкения смещения нейтрали или датчик тока дугогасящего реактора, вторые входы фазовых детекторов соединены с выходом блока создания искусственной несимметрии,соответственно, непосредственно и через первый ортогонализатор, выходы первого и второго фазовых детекторов, соответственно, через первый и второй полосовые фильтры, настроенные иа поисковую частоту, подключены к входам первого сумматора, выход которого присоединен к первому входу второго сумматора, первый синхронный детектор, первое и второе релейные звенья, первый фильтр нижних частот, первый индикатор, блок упреждения настройки, третий сумматор, блок управления дугогасящим реактором, причем вход первого релейного звена соединен с выходом второго сумматора., а его выход — с входом первого фильтра низких частот, выход которого подключен к входу первого индикатора и первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока упреж« дения настройки, второй вход первого синхронного детектора подключен к второму выходу генератора поискового рой выход — с входом генератора поискового и опорного сигналов, второй выход которого соединен через второй ортогонализатор с вторым входом второго синхронного детектора, первый и второй входы четвертого сумматора подключены соответственно к выходам первого сумматора и второго синхронного детектора, первый вход которого соединен с входом второго фильтра низких частот, выход которого подключен к входу второго индикатора и второму входу пятого сумматора, при этом вход и выход второго релейного звена подключены соответственно к выходу четвертого сумматора и соединенным между собой входами второ5

55 и опорного сигналов, а его выход — к второму входу второго сумматора, о тл.и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения быстродействия, он снабжен датчиком фазных напряжений сети, блоком настройки в режимах замыкания, блоком распознавания режимов работы сети, соединенным с зажимами для подключения к сети, компенсатором активной составляющей тока контура нулевой последовательности с блоком управления, четвертым и пятым сумматорами, вторым синхронным детектором, вторым ортогоналиэ атором, фильтром низких частот, индикатором, вторым и третьим коммутаторами и интегратором, причем выходы датчика фазных напряжений сети и датчика напряжения смещения нейтрали или тока дугогасящего реактора подключены к входам блока настройки в режимах замыкания, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам второго и третьего коммутаторов, второй вход второго коммутатора и вход интегратора соединены между собой, выход интегратора соединен с первым входом блока управления. компенсатором активной составляющей и первым входом пятого сумматора, выход которого подключен к третьему входу второго коммутатора, вход блока распознавания режимов работы соединен с выходом датчика напряжения смещения нейтрали или тока дугогасящего реактора, его первый выход — с вторым входом блока управления компенсатором активной составляющей и управляющими входами второго и третьего коммутаторов, втоl2

1иг t!

Составитель С.Егоров

Редактор О.Головач Техред Л.Сердюкова Корректор И.Муска

Заказ 6391/50 Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4 го синхронного детектора и второго фильтра низких частот, выход первого релейного звена подключен также к первому входу первого синхронного детектора, выход третьего сумматора соединен с третьим входом третьего коммутатора, с вторым входом которого соединен вход блока управления дугогасящим реактором.