СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 1995 года по МПК H02J3/24 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к противоаварийной автоматике энергосистем, и может быть использовано в автоматике ликвидации асинхронного режима (АР).

Известен способ [1] в соответствии с которым АР выявляют по наличию колебаний режимного параметра электропередачи, например тока с периодом Т_к не более заданного Т_кр, в течение времени не менее заданного или определенного количества N_o циклов этих колебаний при условии, что отношение В₁ минимального I_min.i значения амплитуды тока к ее максимальному I_max.i значению в каждом цикле остается в установленных пределах. Следовательно, условия выявления АР, если режимным параметром является ток электропередачи, можно записать следующим образом:
B₁=I_min.i/I_max.i < В_ср, (1)
n_к≥N_o, (2)
Т_к≅T_кр, (3) где В_ср максимально возможное значение В₁ в АР, не превышающее обычно 0,2-0,3.

Недостатком этого способа является низкая селективность при асинхронных качаниях (СК) с малой, в пределе нулевой, исходной нагрузкой. В таких режимах амплитуда тока электропередачи может принимать нулевое значение дважды за один цикл СК и условие (3) не позволяет отстроиться от СК за установленные три-четыре цикла, что приводит к ложной фиксации АР.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ выявления АР [2] свободный от отмеченного выше недостатка за счет дополнительного контроля отношения В₂ максимальных значений I_max.i амплитуда тока к ее максимальному значению I_max.о в начальном цикле, причем В₂ должно быть больше установленного значения В_вр (обычно В_вр=0,8) в течение контролируемого количества циклов N_o:
B₂=I_max.i/I_max.o > B_вр. (4)
Кроме того, в условии (1) значение амплитуды тока I_max.i заменено I_max.o и условие учитывается в виде:
B_i=I_min.i/I_max.o <В_вр. (5)
С точки зрения селективности условия (1) и (6) практически равнозначны. При их согласовании с условием (4) расчетные значения N_o.max отличаются не более чем на 5% что не отражается на выборе N_o.

Недостатком рассмотренного способа является низкая селективность при колебаниях тока в режимах многократных коротких замыканий (КЗ), например, через перемежающуюся дугу или в циклах КЗ неуспешное АПВ. Эти колебания будут учитываться во всех случаях, когда выполняется условие (5), что происходит при близких КЗ. Увеличение N_o уменьшает быстроту срабатывания, не исключая ложной фиксации АР при КЗ через перемежающуюся дугу.

Целью изобретения является повышение селективности в режимах многократных КЗ. Полученный при этом технический результат проявляется в снижении вероятности излишних срабатываний устройств АЛАР, где это изобретение может быть реализовано.

Цель достигается тем, что в известном способе, согласно которому фиксируют циклы колебаний амплитуды тока электропередачи, контролируют их пеpиод и количество, измеряют минимальные и максимальные значения амплитуды тока в каждом цикле, вычисляют отношения В₁ и В₂ упомянутых минимальных и максимальных значений амплитуды тока к ее максимальному значению в начальном цикле и выявляют асинхронный режим по наличию колебаний амплитуды тока с периодом не более заданного в течение заданного количества циклов при условии, что В₁ и В₂ находятся в установленных для каждого пределах, дополнительно измеряют во всех циклах амплитудные значения I_m тока в каждом из полупериодов, начиная с максимального значения I_o, вычисляют абсолютные приращения Δ I_m амплитуды как разность между предыдущим I_m-1 и последующим I_m ее значениями, вычисляют разность I_o и I_m-1, формируют опорную величину как сумму заданных долей α ₁ и α ₂ от I_o и упомянутой разности соответственно и выявляют асинхронный режим, если Δ I_m не превышает опорную величину в каждом цикле колебаний тока.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения и признаков аналога и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают функциональную задачу реализации дополнительного условия выявления АР, с помощью которого можно отличить колебания тока в АР и при многократных КЗ, исключить фиксацию последних, повышая тем самым селективность. Это условие в соответствии с принятыми выше обозначениями можно записать так:
Δ I_m < α ₁I_o+ α ₂ (I_o-I_m-1)=I_on (6)
На фиг. 1 показано изменение амплитуды тока I_m(m=0.M), его абсолютных приращений Δ I_m(m= 1.M) за полупериод и опорной величины I_on' и I_on'' для разных сочетаний α ₁ и α ₂ в зависимости от угла δ между эквивалентными ЭДС по концам электропередачи во второй половине (π < δ < 2 π) цикла АР; на фиг. 2 приведена функциональная схема; на фиг. 3 временные диаграммы, поясняющие ее работу.

При равенстве эквивалентных ЭДС амплитуда I_m тока m-ного полупериода (фиг. 1) может быть определена по формуле
I_m= I_o· cos (7) где Δ δ изменение угла δ за полупериод.

Величина Δ δ зависит от количества полупериодов М, которые в свою очередь определяются соотношением периодов Т_о и Т_а тока и АР (на фиг. 1 Т_о=0,02 с; Т_а=0,1 с):
Δδ π (8)
Абсолютное приращение Δ I_m амплитуды с учетом (7) составит
ΔI_m= I_m-I_m-1= 2I_o·sin · sin
(9)
Погрешность не превысит 1% при Т_а не менее 0,1 с, если (9) представить в более удобном виде:
ΔI_m= I_o· sin
(10)
Очевидно в цикле АР
ΔI_m< I_o= αI_o (11)
По (8) для выбранных условий α 0,314 и, следовательно, выполнение (6) можно гарантировать при Т_а ≥ 0,1 с, если принять α ₁ α и α ₂0 (I'_on на фиг. 1). Однако в этом случае чувствительность к КЗ достаточно низка, так как требуется абсолютное приращение Δ I_кз в цикле отключения КЗ больше 0,314 I_o. При обстоятельствах, осложняющих процесс отключения (высокая индуктивность коммутируемой цепи, наличие дребезга), возможна ложная фиксация циклов КЗ.

Восприимчивость к КЗ можно повысить двумя способами:
оптимальным сочетанием α ₁ и α ₂, которое по расчетам получается при α ₁ 0,5 α и α ₂= α (I_on'' на фиг. 1):
ограничением действия (6) начальным циклом АР, когда Т_а в худшем случае равно 0,2с и α составит 0,16 по (8) и (11).

Совместное применение этих способов (α ₁ 0,08; α ₂=0,16) позволяет увеличить чувствительность к КЗ в четыре раза, так как ΔI_кз за первый полупериод, когда оно обычно максимально, должно быть больше I_on(m-1)=0,08 I_o.

Таким образом, введение дополнительного условия (6) для выявления АР решает задачу повышения селективности при КЗ, исключая ложную фиксацию его циклов, причем правильный выбор α ₁ и α ₂ гарантируют реакцию по (6) на КЗ в любых практических случаях.

Функциональная схема устройства, реализующая предлагаемый способ (фиг. 2), содержит блок 1 контроля наличия колебаний тока из последовательно включенных элемента 17 сравнения и формирователя 18 импульсов с инверсным и прямым выходами; блок 2 измерения амплитудных значений тока, блок 3 измерения I_m-1 и вычисления Δ I_m; блок 4 поцикловой коррекции экстремальных значений амплитуды тока; блоки 5, 7 и 8 измерения I_max.o, I_max.i и I_min.i; элемент 6 сравнения; блок 9 контроля периода колебаний тока; органы 10 и 13 вычисления отношений В₂ и В₁ и контроля пределов их изменения; элемент 11 триггерного типа; блок 12 вычисления I_on; логические элементы 14 и 15 типа 4 И-НЕ и 3 ИЛИ-НЕ; счетчик 16 циклов.

Схема может быть реализована, например на базе интегральных микросхем. При этом на выходах блоков, осуществляющих измерение и вычисление, будут присутствовать напряжения U, пропорциональные токовым величинам I:
U=K_a ˙ I, (12) где K_a коэффициент пропорциональности, Ом.

Блоки 4, 7, 8 и 9 на фиг. 2 можно выполнить по аналогии с блоками 2, 8, 9 и 6 того же назначения на фиг. 1 [1]
Блок 5 удобно выполнить в виде амплитудного детектора.

Остальные блоки выполняют элементарные математические и логические функции, и их практическая реализация не вызывает затруднений.

Работа схемы поясняется с помощью временных диаграмм (фиг. 3), на которых обозначены выходные напряжения блоков U_ij (i индекс блока, j номер выхода), уровень U_on1 на котором фиксирует наличие колебаний, период Т_к этих колебаний и время срабатывания Т_кр органа 9.

Ток электропередачи через трансформатор тока поступает на вход блока 2, где линейно преобразуется в снимаемое с выхода напряжение U₂, каждый уровень которого пропорционален амплитуде соответствующего полупериода входного тока. Это напряжение подается на вход блока 1 для сравнения с помощью элемента 17 с заданным уровнем U_on1, при превышении которого элемент 17 срабатывает (U₁₇> 0). В моменты срабатывания на выходах формирователя 18 друг за другом появляются отрицательный (U₁₈= 0) и положительный (U_18.2> 0) короткие (1-2 мс) импульсы, свидетельствуя о наличии колебаний тока.

Последний осуществляет сброс блока 9, выходное напряжение которого U₉ переходит с нулевого на положительный уровень. Оно остается неизменным, если время следующего импульса U_18.2, равное Т_к, не превышает время Т_кр срабатывания блока 9, т.е. выполняется условие (3).

Положительное напряжение U₉ деблокирует орган 5 по установочному входу, в то время как на его информационном входе всегда присутствует напряжение U₂. Его максимальное значение, пропорциональное I_max.o, "запомнится" на выходе органа 5 в виде U₅ до тех пор, пока I₉ не примет нулевое значение, выравнивающее U₅ и U₂.

Одновременно U₂ поступает на вход блока 3, на выходах которого формируются напряжения U_3.1 и U_3.2, пропорциональные соответственно Δ I_m и I_m-1. Кроме того, U₂ подается на входы блоков 4,7 и 8. Блок 4 вырабатывает короткие (1-2 мс) положительные импульсы по первому U_4.1 и второму U_4.2 выходам в моменты изменения знака производной с положительных значений на отрицательные и обратно. Следовательно, в каждом цикле колебаний импульсы U_4.1 устанавливают на выходе 7 сигнал U₇, соответствующий максимальным амплитудным значениям U₂, а импульсы U_4.2 устанавливают на выходе блока сигналы U₈, соответствующие минимальным амплитудным значениям U₂. Очевидно, что сигналы U₇ и U₈ пропорциональны I_max.i и I_min.i.

Блоки 10 и 13, которые наиболее просто реализуются в виде компараторов, срабатывают (U₁₀>0 и U₁₃>0) при следующих отношениях входных сигналов:
U₇> B_вр ˙ U₅, (13)
U₈ > B_вp ˙ U₅ (14)
С учетом пропорциональности по (12) эти условия адекватны (4) и (5) и обеспечивают отстройку от синхронных качаний.

Блок 12 вычисляет напряжение U₁₂, пропорциональное I_on, из условия (6):
U₁₂= α ₁U₇+ α ₂(U₇-U_3.2)=K_a[ α ₁I_o+
+ α ₂(I_o-I_m-1)]K_aI_on (15)
Это напряжение сравнивается с U_3.1 с помощью элемента 6 по адекватному (6) условию
U_3.1< U₁₂(K_a Δ I_m< K_aI_on). (16)
В связи с тем, что Δ I_m изменяется каждый полупериод входного тока, нарушение условия (16) "запоминается" до очередного импульса U_18.1 посредством элемента 11 триггерного типа, выходное напряжение которого U₁₁ при этом становится равным нулю.

При выполнении всех условий (2)-(5) выявления АР напряжения U₉-U₁₁ и U₁₃ на всех входах элемента 14 типа 4И-НЕ его выходное напряжение U₁₄ принимает нулевое значение. Это напряжение подается на вход элемента 15 типа 3ИЛИ-НЕ и установочный вход счетчика 16 циклов. На другие входы элемента 15 поступает нулевое напряжение U₁₆ (счетчик не сработал) и при колебаниях тока отрицательные импульсы U_18.1, которые проходят на выход элемента 15 в виде положительных импульсов U₁₅. Последние поступают на счетный вход счетчика 16 и учитываются им. После прохождения заданного числа N_o этих импульсов счетчик срабатывает (U₁₆> 0), устанавливает в нуль элемент 15 и фиксирует факт выявления АР.

При синхронных качаниях нарушается одно из условий (4) или (5) (U₁₀=0 или U₁₃= 0). При КЗ не выполняется условие (6) (U₁₁=0), а при АР с большим периодом Т_а условие (3). Во всех этих случаях выходное напряжение U₁₄ элемента 14 становится положительным, сбрасывая счетчик 16 и блокируя прохождение положительных импульсов на выход элемента 15 и счетный вход.

Использование: в автоматике ликвидации асинхронного режима в энергосистеме. Сущность: фиксируют циклы колебаний амплитуды тока электропередачи, контролируют из период и количество, измеряют минимальные и максимальные значения амплитуды тока в каждом цикле, измеряют во всех циклах амплитудные значения I_m тока в каждом из полупериодов, начиная с максимального значения I_o, вычисляют приращения ΔI_m как разность между предыдущим и последующим значениями, вычисляют отношения минимальных и максимальных значений амплитуды тока к ее максимальному значению в начальном цикле. Формируют опорную величину, как сумму заданных долей α₁ и α₂ от I_o и разности I_o и I_m-1 фиксируют асинхронный режим, если ΔI_m не превышает опорную величину в каждом цикле колебаний. 3 ил.

СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, согласно которому фиксируют циклы колебаний амплитуды тока электропередачи, контролируют их период и количество, измеряют минимальные и максимальные значения амплитуды тока в каждом цикле, вычисляют отношения B₁ и B₂ минимальных и максимальных значений амплитуды тока к ее максимальному значению в начальном цикле и выявляют асинхронный режим по наличию колебаний амплитуды тока с периодом, не более заданного, в течение заданного количества циклов при условии, что B₁ и B₂ находятся в установленных для каждого пределах, отличающийся тем, что дополнительно измеряют во всех циклах амплитудные значения I_m тока в каждом из полупериодов, начиная с максимального значения I_о, вычисляют абсолютные приращения ΔI_m амплитуды, как разность предыдущего I_m-1 и последующего I_m ее значений, вычисляют разность I₀ и I_m-1, формируют опорную величину, как сумму заданных долей α₁ и α₂ от I₀ и упомянутой разности соответственно, и выявляют асинхронный режим, если ΔI_m не превышает опорную величину в каждом цикле колебаний тока.