Устройство для компенсации погрешности трансформатора тока

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, предназначено для измерения тока в переходных и установившихся режимах и может быть использовано при построении устройств релейной защиты. Техническим результатом изобретения является снижение погрешности измерения тока в переходных режимах. Устройство содержит трансформатор тока, измерительный шунт, блок добавочного напряжения, интегратор с суммирующим элементом на входе, первый вход которого подключен к измерительному шунту, а второй вход подключен к вторичной обмотке трансформатора тока; двухполярный релейный орган, подключенный к выходу интегратора; детектор разнополярности сигналов, первый вход которого подключен параллельно измерительному шунту, а второй вход подключен к выходу интегратора; элемент логического «И» с инверсией по выходу, входы которого подключены к выходам релейного органа и детектора разнополярности сигналов, а выходной сигнал управляет блоком добавочного напряжения, включенного последовательно в цепь трансформатора тока и измерительного шунта. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, предназначено для измерения тока в переходных и установившихся режимах электроэнергетических систем и может быть использовано в релейной защите.

Наиболее сложные условия для трансформатора тока (ТТ) возникают в переходном режиме тока короткого замыкания (КЗ). Экспоненциальная составляющая в токе КЗ приводит к однополярному увеличению индукции в магнитопроводе, в результате чего возникает насыщение ТТ, что ведет к значительным погрешностям во вторичном токе.

Известно устройство для компенсации погрешности трансформатора тока [2], недостатком которого является большая погрешность измерения тока в режиме глубокого насыщения трансформатора тока в переходных режимах, связанная с различием характеристик самого трансформатора тока и его модели.

Наиболее близким к изобретению является устройство [1], содержащее трансформатор тока, активное сопротивление, интегратор, а также блок нелинейности и усилитель-сумматор. Структура данного устройства проще и надежней по сравнению с устройством [2], однако недостатком данного устройства также является то, что при практической реализации точность компенсации погрешности в режиме насыщения ТТ является низкой вследствие сложности и практической невозможности подбора таких параметров блока нелинейности, которые бы полностью соответствовали характеристике нелинейности TT.

Целью изобретения является снижение погрешности измерения тока в переходных режимах электроэнергетических систем. Это достигается тем, что из схемы устройства исключается нелинейная модель ТТ, и для компенсации погрешности выполняется ускоренное размагничивание магнитопровода TT. Для этого во вторичную цепь трансформатора тока включен блок добавочного напряжения, управляемый сигналом с выхода элемента И с инверсией по выходу, первый вход которого подключен к выходу двухполярного релейного органа, а второй вход - к выходу детектора разнополярности сигналов; вход релейного органа и первый вход детектора разнополярности сигналов подключены к выходу интегратора, а второй вход детектора разнополярности сигналов подключен параллельно активному сопротивлению; интегратор выполнен с суммирующим элементом на входе, и его второй вход подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора тока.

Структурная схема устройства приведена на фиг.1, схема замещения - на фиг.2, диаграммы, поясняющие работу устройства - на фиг.3. На фиг.3 приведены сигналы i₁ - приведенный первичный ток ТТ, i_2,обыч, i_2,рег - вторичные токи обычного ТТ и ТТ с устройством компенсации, B_обыч, B_рег - индукция обычного ТТ и ТТ с устройством компенсации.

Устройство для измерения тока содержит трансформатор тока 1, измерительный шунт 2, блок добавочного напряжения 3, интегратор 4 с суммирующим элементом на входе, двухполярный релейный орган 5, детектор разнополярности сигналов 6, элемент логического «И» с инверсией по выходу.

При конкретной реализации в качестве блока добавочного напряжения может использоваться стабилизатор напряжения 8, зашунтированный управляемым быстродействующим аналоговым ключом 9.

Устройство работает следующим образом.

Интегратор формирует на выходе сигнал u_b, пропорциональный индукции в магнитопроводе TT. Работа интегратора описывается следующими формулами:

,

,

,

,

где k - дискретное время, Δt - интервал дискретизации, τ - постоянная времени вторичной цепи ТТ при замкнутом ключе.

В нормальном режиме ключ, управляемый положительным сигналом с выхода элемента «И» с инверсией по выходу, замкнут и шунтирует стабилизатор напряжения.

При протекании первой полуволны тока КЗ интегральный сигнал u_b, поступающий на вход релейного органа, набирает уровень, превышающий заданный порог, и релейный орган срабатывает. В момент изменения знака тока детектор разнополярности сигналов u_b и u_изм формирует разрешающий сигнал. Выход логического элемента «И» с инверсией действует на размыкание ключа, и стабилизатор включается во вторичную цепь TT, создавая дополнительное падение напряжения, что обеспечивает интенсивное размагничивание магнитопровода. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ток не изменит свой знак или сигнал u_b не будет ниже уровня возврата релейного органа, после чего ключ снова замыкается и шунтирует стабилизатор напряжения. Таким образом, предотвращается насыщение ПТТ при передаче следующей полуволны тока противоположного знака, а также исключается возможность перерегулирования.

Для моделирования процесса размагничивания магнитопровода ТТ при сбросе тока интегратор реализует экспоненциальное затухание сигнала u_b. Это позволяет обеспечить правильную дозировку воздействия на размагничивание магнитопровода при последующем появлении тока короткого замыкания до того, как ток намагничивания снизится до нуля. Такой режим возможен, например, при неуспешном АПВ присоединения.

Таким образом, устройство позволяет решить проблему насыщения ТТ при передаче тока КЗ с экспоненциальной составляющей. Нерешенной в данном случае остается проблема насыщения ТТ на первом периоде тока КЗ. Однако данная проблема решается выбором таких параметров ТТ, которые обеспечивают передачу без насыщения только первого периода, а не всего тока КЗ с максимальной расчетной экспоненциальной составляющей. Следует отметить, что при невозможности выполнения данного условия устройство все же обеспечивает значительное уменьшение числа периодов вторичного тока, искаженных вследствие насыщения TT.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №633085, кл. H01F 40/06, H02H 3/28, 1978.

2. Патент РФ №94011547, кл. H01F 27/42, H01F 38/28, 1996.

1. Устройство для компенсации погрешности трансформатора тока, содержащее трансформатор тока, измерительный шунт, включенный в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, и интегратор, первый вход которого подключен параллельно измерительному шунту, отличающееся тем, что, с целью снижения погрешности измерения тока в переходных режимах, дополнительно введены двухполярный релейный орган, вход которого подключен к выходу интегратора, детектор разнополярности сигналов, первый вход которого подключен параллельно измерительному шунту, а второй вход подключен к выходу интегратора, логический элемент И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу двухполярного релейного элемента, а второй вход подключен к выходу детектора разнополярности сигналов, и блок добавочного напряжения, вход которого соединен с выходом логического элемента И-НЕ, а сам блок добавочного напряжения включен последовательно с измерительным шунтом и подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора тока, при этом интегратор реализован с входным умножителем-сумматором, и его второй вход подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора тока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок добавочного напряжения реализован в виде параллельно включенных стабилизатора напряжения и управляемого аналогового ключа.