Устройство для стабилизации резонансного состояния контура нулевой последовательности в сети с компенсированной нетралью

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ («)860207 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 150279 (21) 2724681/24-07 с присоединением заявки ¹ (51) е. Кп.

Н 02 Н 9/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений. и открытий (23) Приоритет

Опубликова .о 30,08.81. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 300881 (53) УДК 621. 316. .925(088.8 ) (72) Авторь изобретения

В. К. Обабков, K). Н. Целуевский и Е. В. С гин

>

1 донецкий ОРдена Тдкдоаого Красного Энаменйнаддтеонннческий институт (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ РЕЗОНАНСНОГО

СОСТОЯНИЯ КОНТУРА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

В СЕТИ С КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для а томатического регулирования компенсации емкостных токов однофазных замыканий на- землю в электрических сетях.

Известно устройство для автоматической настройки дугогасящей катушки в кабельных сетях, содержащее связан- 10 ные с сетью датчики фазного напряжения сети и напряжения смещения нейтрали, фазовый детектор, первый вход которого через включенные последовательнО переключающий элемент и фазовращающий мост подключен к выходу датчика напряжения смещения нейтрали, второй вход подключен к выходу датчика фазного напряжения той фазы сети, в которую включена асимметрирующая . емкость, а выход соединен со входом 20 астатического исполнительного органа цугогасящего реактора |1) .

Недостатком устройства является его неприменимость при случайной несимметрии сети в случае, когда не уда.25 ется искусственно подавить естественную несимметрию сети.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для автоматической наст- 30 ройки компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю электрической сети переменного тока, содержащее связанные с сетью модулятор, датчик напряжения смещения не йт рали или тока дугогасящего реактора, причем ко входу модулятора подключен выход низкочастотного генератора, выходы датчика напряжения смещения нейтрали или тока дугогасящего реактора, а также датчиков фазчых напряжений сети поданы на входы коммутирующего элемента, первый вход которого через соединенные последовательно фазовый детектор, полосовой фильтр, релейный усилитель, множительное звено и фильтр низких частот соединены со входом астатического исполнительго органа дугогасящего реактора.Второй вход множительного звена через фазовращатель соединен с выходом низкочастотного генератора, второй вход фазовращателя подключен ко второму выходу коммутирующего элемен-. та (2$ .

Недостатком устройства является снижение точности при. нарушении условия кваэист ацион арност и поисковых сигналов вследствие повыаения частоты поиска и накладываемые этим ограниче860207 ния на быстродействие, а также относительная сложность реализации. Воз— никающие в контуре нулевой последовательности сЕти свободные колебания играют в этом устройстве роль помех.

Цель изобретения — повышение точности, быстродействия, помехоустойчивости, а также упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее подключаемый к сети датчик контролируемого параметра контура нулевой последовательности, выход которого соединен с первым входом коммутирующего элемента, низкочастотный генератор, подключаемый через модулятор к сети, а также полосовой фильтр, фильтр низких частот и астатический исполнительный орган, снабжено дополнительным полосовым фильтром, двумя амплитудными детекторами, двумя резисторными дели— телями и блоком сравнения, при этом входы обоих полосоных фильтров подключены к выходу упомянутого датчика контролируемого параметра, а выходы через соответствующие амплитудные детекторы и резисторные делители соединены со входами блока сравнения,выход которого подключен ко второму входу коммутирующего элемента, а выход последнего соединен со входом астатического исполнительного органа.

Кроме того, блок сравнения выполнен в виде элемента вычитания, включенного последовательно с усилителем-ограничителем.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства в случае использования одной гармоники сигнала модуляции, на фиг. 2 — амплитудные характеристики контура нулевой последовательности; на фиг. 3 — структурная схема периодически нестационарного объекта управления.

Функциональная схема устройства содержит сеть 1 с компенсацией емкостных токов, связанную с модулятором 2, который соединен с выходом низкочастотного генератора 3 периодического сигнала. Выходной сигнал ((t) объекта управления, н качестве которого может выступать как напряжение смещения нейтрали Й (t), так и ток i (t ) дугогасящего реактора, через соответствующий датчик 4, поступает на два фильтра 5 и 6, настроенные на частоты соответственною+Я и о -Я.. Выходы фильтров 5 и 6 подключены ко входам амплитудных детекторов 7 и 8, связанных через резисторные делители

9 и 10 с блоком 11 сравнения. Выход последнего через фильтр 12 низких частот и коммутирующий элемент 13 связан со входом астатического исполнительного органа 14 дугогас щго ре— актора сети 1. Блок 11 сравнения содержит элемент 15 вычитания, нходы которого соединены со входами блока

11 сравнения, и усилитель-ограничи5

1О

40 тель 16, вход которого подключен к выходу элемента 1 5 вычитания, а выход соединен с выходом блока 11 срав- нения.

На фиг. 2 кривые 17-19 изображают зависимости от индуктивности дугогасящего реактора амплитудно-частотных характеристик сети 1 на частотах соответственно юЯ,ю и оэ-(?

Структурная схема (фиг. 3) периодически настационарного объекта содержит линейные стационарные звенья

20 и 21., которые описываются соответственно передаточными функциями

W(p) и Q(p) — W(p), множительное звено 22, лййейное стационарное звено 23 с передаточной функцией Q (р) и сумматор 24. Всюду Х вЂ” модулируемый параметр, р =фЯ вЂ” оператор дифференцирования, W(p) = R(p) Q "(р) передаточная объекта управления (кон— тура нулевой последовательности сети

1), отображающая связь между током несимметрии 3 „ (t ) и выходным сигналом {t) объекта управления.

Работа устройства заключается в следующем.

Генератор 3 периодических сигналов вырабатывает колебания с частотой Q меньшей частотышсети, упранляющие модулятором 2, который сообщает их одному из параметров контура нулевой последовательности сети 1, например, индуктивности ь или активному сопротивлению Р дугогасящего реактора, сопротивлению, включенному в отпайку или дополнительную обмотку дугогасящего реактора, амплитуде или фазе степени несимметрии сети 1,. или амплитуде искусстненно вводимого в контур нулевой последовательности сети напряжения с частотой ы сети 1.

Таким образом, параметры сети 1, подвергающиеся модуляции, оказывают нлияние, в основном, либо на несимметрию сети 1, либо на неличину искусственно вводимого н контур нулевой последовательности сети напряжения с частотой сети щ, либо на резонансную частоту и добротность контура нулевой последовательности сети 1 с компенсацией емкостных токов.

Рассмотрим эти случаи в отдельности. При модуляции параметров, влияющих на несимметрию сети 1, которые характеризуются током несимметрии qt(t),,последний может быть записан в виде

3 (q}=3 P+ F(4}ICOS(Uk, (1) где F ((с ) — периодическая модулирующая функция, которая может быть представлена рядом Фурье

Ц )= s

К=1

860207 и

; „(ф)=3 сея цИ+- J Я Sit(C05((UJ+Qк)1 Д+

tn 2 ФK i" " (2)

+ сои((-Я,) - 1 3, 5 позволяющий судить о спектральном составе тока несимметрии.

Выходной сигнал 6 (t) объекта управления (контура нулевой последовательности сети 1), в качестве которо- 10 го может выступать напряжение смещения нейтрали E(t) или ток дугогасящего реактора i(с), содержит тогда гармонические составляющие с частотами щтЯ „

6(Ф)=(4(щ) Э соз(ш +Ю(и))+ где1 Мфо)(ехр) Ч(иУ) — частотная характеристика контура нулевой последовательности сети 1

Амплитуда или абсолютная величина составляющих z „(t ) и z < (с ) несет информацию о положении резонанса.Напряжение 6(t) смещения нейтрали или З0 ток i (t) дугогасяшего реактора,измеряемые посредством датчика 4, подаются на входы фильтров 5 и б,выделяющих сигналы с частотами им 2„и

<О- 21. Указанные сигналы поступают 35 на входы амплитудных детекторов 7 и

8, на выходах которых образуются сигналы, пропорциональные амплитудам или абсолютным величинам сигналов

z1(t) и г, (t) . Посредством блока 11 сравнения указанные сигналы сравниваются между собой с весовыми коэффициентами К и К>, определяемыми регулируемыми резисторными делителями

9 и 10, регулировкой которых добиваются точной настройки на резонанс или осуществляют наперед заданную программную расстройку.

Если блок 11 сравнения содержит только лишь элемент 15 вычитания,то сигнал управления U(t) на выходе низ- 50 кочастотного фильтра 12 имеет вид

0(И=К,(К,А+-К К)=, )(P4,„Ь„(К1)Ж(В + Я )(-К Ъ(Щ- Я„)Ц, (4) где A и А — амплитуды сигналов 1 (С) И 7Я(С), Ко- коэффициент, определяемый коэффициентами передачи блоков 7-8 и 12. еО

Сигнал управления U (t) через коммутирующий элемент 13, осуществляющий блокировку устройства при возникновении однофазного замыкания на землю, подается на исполнительный 6$

С учетом этого выражение (1) имеет вид ЭщЬ ЬЯ ФЦ(в+Я.<)(c05(tv+9<)t+p< q(öìßÈ)+.рган 14 дугогасящего реактора,осуществляющий управление индуктивностью

L последнего.

ЗависимостиЩ(ын Ц)! и 1ф(ю-Я.Щ в функции индуктивности L дугогасящего реактора иллюстрируются соответственно кривыми 17 и 19 (фиг. 2), величина разности между сигналами и ее полярность показаны стрелками. Резонансные кривые представляют собой зависимости, аналогичные амплитудночастотной характеристике (Ж(3ш) (кривая

18) контура нулевой последовательности сети 1 (в функции от индуктивности L дугогасящего реактора), сдвинутые влево и вправо на величину приблизительно равную

„Q Я„+ Оц)

C e< (атЯ1) 1 где С вЂ” суммарная емкость между фа20 зами сети и землей.

Соответствующим выбором коэффициентов К и К можно добиться тако" го относительного расположения кривых 17 и 19, что при (Lpt имеет место положительный знак управления

U, ïðè (. ) Ьрез — отрицательный знак управления и npvL=L управление U

РЕЬ равно нулю. Вследствие этого посредством блока 14 индуктивность дугогасящего реактора увеличивается при

U ) О, уменьшается при U < О и остается неизменной при U = О. Таким образом контур нулевой последовательности сети приводят к резонансной настройке .

Усилитель-ограничитель 16 улучшает динамику процесса самонастройки, так как обеспечивает инвариантность сигнала управления U к амплитудеЗщ тока несимметрии и устраняет снижение уровня сигнала управления U npu больших расстройках резонансного состояния контура нулевой последовательности сети. При этом используется факт снижения амплитуды переменной (колебательной) составляющей в сигнаI ле И (с) на выходе блока 18 сравнения при возникновении больших расстроек или уменьшении несимметрии сети, вследствие чего снижается ее линеари" зующее воздействие на усилитель-огра,ничитель 16 и повьыается коэффициент передачи последнего по отчошению к постоянной (неколебательной) составляющей сигнала.

В случае модуляции параметров, влияющих на величину искусственно вводимого в контур нулевой последовательности напряжения с частотой сети.

00, действие устройства аналогично описанному.

Если модуляции подвергается параметр х,влияющий на резонансную частоту или добротность контура нулевой последовательности (таким парамвтрсзю может быть, например, индуктивность или активное сопротивление А дуго860207 (.os((t)++cb), (5) 15

+сОф -Як)1+(Ц) 40

ОФ=коP„A -к 4)=, 55 формула изобретения

60 гасящего реактора), действие устрой— ства поясняется с привлечением струк— турной схемы периодически нестационарного объекта управления, которая в у(рощенном виде воспроизведена на фиг. 3. Сигнал f(t) на выходе зве— на 2 описывается выражением

1(е).o )Q(iа)) — @(lее(рее(юеtе(э) ч )= где Q(j)= (й(а))ЕХР ((и))) зр(()щ) o)()ot) ttojt) ; дх ((,„)и " щю)- частотные характерис тики, соответствующие операторам Ое()) и -„- и)(Р) .

Из (5) видно, что f (с) является гармоническим сигналом и имеет часто20 ту JJ так что на выходе множительного звена 29 образуются сигналы

% (t)+K(t)=+ — Е ь„(еое((ш й,)е+Ф)

К=! 25 с боковыми частотами (- +),) . Роль модулирующего сигнала F (с ) здесь играет d x(t) .

Указанный сигнал, проходящий через звено 23 с амплитудно-частотной характеристикой Q(()())(, имеющей резонансный характер, несет как и в предыдущих случаях информацию о положении точки резонанса на частоте (е)

Действительно, сигнал (t.(f) при этом

g(t)=)g(jw))3 созе+(((t()))i- „„Е В„

К=1 " ()QB(tt Яе))) cos((ru+slt)t-е)(ш+Я )+Ф) ° (е)

+рд(ш-Я„)) "сиз((,ш- 41 -Ф(®- к) Ф3 т.е. как и в рассмотренном случае модуляции амплитуды несимметрии сети, он содержит гармонические составляющие с частотами w+(2„

Сигнал управления U (t ) в случае, если блок 11 сравнения содержит только лишь элемент 15 вычитания и в предположении,что n = 1 записывается е, K S S(K )Q(l(m+o(„))(-KS)Q(l(ul-Я„))) ) (т) Аналогия между выражениями (7) и (4) очевидна, так что действие уст— ройства, как и ранее, поясняется фиг. 2.

Динамика резонансной самонастройки может быть также улучшена путем использования в составе блока 11 сравнения усилителя-ограничителя 16.

При необходимости можно добиться улучшения формы управляющего сигнала О().), как функции индуктивности дугогасящего реактора, за счет увеличения уровней этих сигналов при больших расстройках резонанса, а именно, путем сравнения амплитуд или абсолютных величин ряда сигналов, обусловленных дополнительными гармониками модулирующего сигнала F(t), имеющих частоты w+ Як (к > 1) . Это объясняется тем, что положение резонансных максимумов кривых 1 и 3 (фиг. 1) определяется частотами

Як(к>1) . Причем возможно использо -вание не двух, а другого четного числа цепочек из последовательно включенных полосовых фильтров,амплитудных детекторов и резисторных делителей.. При этом половина фильтров настроена на частоты ш+ Хк, а другая половина — на частоты ц)-Як (к=1,2...q

Входы фильтров подключены к выходу датчика 4, а выход - ко входам блока

11 сравнения.

Применение предлагаемого устройства в системах автоматической компенсации токов однофазных замыканий на землю повышает точность за счет устранения вредного влияния неквазистационарности поисковых сигналов на процесс функционирования систем данного класса и быстродействие, благодаря тому, что информация о положении точки резонанса получается путем обработки достаточно быстрых сигналов. Возникающие в контуре нулевой последовательности свободные колебания не являются помехами в данном устройстве, так как блоки 5-11 выполняют по отношению к свободным колебаниям функции частотного дискриминатора. Име.(но поэтому последние становятся дополнительным источником информации о положении точки резонанса. Предлагаемое устройство является более простым чем известное .

Все это способствует повышению эффективности автоматической настройки компенсации токов однофазного замыкания и общему возрастанию надежности, ! качества, безопасности зле ктроснабжев ния.

1. Устройство для стабилизации ре— зонансного состояния контура нулевой последовательности в сети c компенсированной нейтралью, содержащее подключенный к сети датчик контролируемого параметра контура нулевой последовательности, выход которого соединен с первым входом коммутирующего элемента, низкочастотный генератор, 860207 фu? 1

Ь реа фи3. 2

ВНИИПИ

Тираж б 75

Заказ 7566/32

Подписное

Фиъ.З подключаемый через модулятор к сети, а также полосанай фильтр, фильтр низк их частот и аст ат иче ский исполн ительный орган, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чта, .с целью повышения точности, быстродействия и помехоустойчивости, а также упрощения, оно снабжено дополнительным паласовым фильтрам, двумя амплитудными детекторами, двумя резисторными делителями и блоком сравнения, при этом нходы обоих паласовых фильтров подключены к выходу упомянутого датчика контролируемого параметра, а выходы через соответствующие амплитудные детекторы и резисторные делители соединены со входами блока сраннения, выход которого подключен ко второму входу коммутирующего элемента, а выход последнего соединен со входом астатическога исполнительного органа.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чта блок сравнения выполнен в виде элемента вычитания, включенного последовательно с усилителем-ограничителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельства СССР

Р 150156, кл. Н 02 Н 3/18, 1961.

2. Анторскае свидетельство СССР по заявке М 2624976/24-07, 1, кл. Н 02 Н 9/08, 1978. филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4