УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ ДУГОГАСЯЩЕГО РЕАКТОРА Российский патент 2010 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью.

Известны устройства автоматической настройки дугогасящего реактора, содержащие измерительный орган на основе амплитудного или фазного детектора напряжения или тока нулевой последовательности, взаимодействующий с блоком управления индуктивностью дугогасящего реактора (ДГР) [1, 2]. В этих устройствах настройка компенсации сводится к установлению максимальной амплитуды напряжения естественного или искусственного смещения нейтрали в нормальном режиме работы сети либо к установлению минимального угла относительно опорного вектора. Зона нечувствительности измерительного органа задается с помощью уставок срабатывания.

Эти устройства работоспособны в ограниченном диапазоне изменения параметров регулируемого контура. Они функционируют лишь в окрестности точки равновесия, соответствующей резонансу регулируемого контура, когда имеют место наиболее благоприятные условия для формирования информационной координаты. При большой расстройке или низкой добротности регулируемого контура из-за низкого уровня и сильного зашумления контрольного сигнала возможна полная потеря управляемости. По этой причине рассмотренные устройства оказываются неработоспособными в сетях с комбинированным режимом заземления нейтрали, когда параллельно дугогасящему реактору включен высокоомный резистор.

Другой недостаток определяется трудностями обеспечения асимптотической устойчивости следящей системы с явно нелинейным звеном привода в управляющем контуре, проявляющимся в многократном переключении привода при выходе в точку равновесия. Это приводит к ускоренному износу электромеханической системы, что недопустимо по условиям эксплуатации ДГР.

Известно устройство автоматической настройки на основе двух измерительных органов, формирующих характеристические величины, пропорциональные падениям напряжения на индуктивности и емкости, создаваемым введенным в контур нулевой последовательности (КНП) сети модулируемым источником тока [3]. В таком устройстве настройка компенсации сводится к установлению минимальной разности указанных характеристических величин. Применение модулированного источника тока в силовой цепи регулируемого контура дает возможность отстроиться от нестабильного вектора несимметрии и обеспечить работоспособность в зоне больших расстроек.

В упомянутом выше устройстве [3] расширение функциональных возможностей достигается за счет применения вспомогательного энергоемкого и достаточно сложного оборудования, которым представляется модулируемый источника тока. Этот недостаток усугубляется в случае применения устройства в сетях с комбинированным режимом заземления нейтрали, характеризующихся пониженной добротностью КНП сети, поскольку установленная мощность источника тока оказывается соизмеримой с мощностью установленного регулируемого объекта. Другими недостатками являются сложная структура двухканальной измерительной системы и повышенная чувствительность к несогласованным параметрам измерительных каналов. По этим причинам данное устройство имеет ограниченное применение.

Целью предлагаемого изобретения являются повышение точности настройки в широком диапазоне регулирования и расширение области применения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство автоматической настройки дугогасящего реактора, содержащее измерительный орган на основе детектора амплитуды или фазы напряжения или тока нулевой последовательности с регулируемыми уставками срабатывания, задающими зону нечувствительности измерительного органа, и блок управления индуктивностью дугогасящего реактора, в контур регулирования введен второй измерительный орган на основе детектора частоты свободных колебаний, связанный с первым измерительным органом и блоком управления индуктивностью дугогасящего реактора.

Во втором варианте устройства второй измерительный орган содержит записывающий модуль, регистрирующий осциллограммы нестационарного процесса, вычислительный модуль, выделяющий данные свободных колебаний и определяющий собственную частоту и степень настройки регулируемого контура, и модуль сравнения с уставками срабатывания, задающими зону нечувствительности второго измерительного органа.

В третьем варианте устройства второй измерительный орган связан с первым измерительным органом и блоком управления индуктивностью дугогасящего реактора через логическое устройство.

В четвертом варианте устройства введен формирователь импульсов искусственного возмущения регулируемого контура, связанный со вторым измерительным органом.

В пятом варианте устройства формирователь импульсов искусственного возмущения связан со вторым измерительным органом через упомянутое логическое устройство.

В шестом варианте устройства формирователь импульсов искусственного возмущения подключен к одной из обмоток дугогасящего реактора.

В седьмом варианте устройства формирователь импульсов искусственного возмущения подключен к нейтрали электрической сети.

В восьмом варианте устройства формирователь импульсов искусственного возмущения подключен по крайней мере к одной из фаз электрической сети.

В предложенном техническом решении измерительная система реализована по структурной схеме «мастер-помощник» с использованием двух измерительных органов, различающихся процедурой обработки контрольного сигнала. В данной системе «помощником» является первый измерительный орган, который может быть реализован по известной схеме амплитудного или фазового детектора. Здесь его функция сведена к регистрации событий в регулируемом контуре, которые, как правило, сопровождаются нестационарными процессами. Функциями измерения степени настройки контура и формирования регулирующего сигнала наделен второй измерительный орган («мастер»), реализованный по оригинальной схеме. Он производит обработку записанных данных во временной области, выделяя из них данные свободной составляющей переходного процесса, и вычисляет частоту собственных колебаний, которая непосредственно определяет степень настройки регулируемого контура. Устройство предусматривает работу совместно с маломощным источником импульса искусственного возмущения.

Рассмотренная измерительная система оказывается нечувствительной ко всем видам небалансов сети и обладает повышенной точностью настройки во всем диапазоне изменения индуктивности ДГР. Высокое быстродействие второго измерительного органа позволяет обеспечить контроль степени расстройки во время движения плунжера и производить настройку практически однократным переключением привода ДГР.

Данный способ может эффективно эксплуатироваться в сетях с пониженной добротностью КНП, в частности в сетях с комбинированным режимом заземления, где системы компенсации на основе экстремального и фазового методов регулирования принципиально неработоспособны.

На чертеже приведена схема одного из вариантов устройства автоматической настройки ДГР. К электрической сети, содержащей коммутируемые ответвления 1 и 2 с соответствующими емкостями фаз относительно земли, через нейтралеобразующий трансформатор 3 подключен плунжерный ДГР 4 с трансформатором тока 5 в цепи силовой обмотки реактора. Напряжение обратной связи снимается со вторичной обмотки трансформатора тока 5 или с обмоток измерительного трансформатора напряжения 6, включенных по схеме разомкнутый треугольник, и подается на входы первого 7 и второго 8 измерительных органов. Логика работы измерительных органов 7 и 8 задается логическим устройством 9, оно же определяет алгоритм взаимодействия второго измерительного органа 8 с блоком 10 управления индуктивностью ДГР. К сигнальной обмотке ДГР 4 подключен формирователь 11 импульсов искусственного возмущения, связанный со вторым измерительным органом 8 непосредственно или через логическое устройство 9.

Первый измерительный орган 7 содержит модуль 12, преобразующий входное напряжение в характеристическую величину по абсолютному значению или фазе либо по обоим признакам одновременно, которая затем сравнивается с уставками срабатывания, записанными в модуле уставок 13. Один из входов модуля уставок 13 соединен с выходом модуля 12, а второй связан с логическим устройством 9, по сигналу которого в модуле 13 производится обновление данных уставок, подстраиваемых к текущим параметрам вектора несимметрии. Характеристическая величина по фазе формируется относительно вектора опорного напряжения, снимаемого с одной из фазных обмоток измерительного трансформатора 6.

Второй измерительный орган 8 содержит модуль 14, записывающий входные данные и фиксирующий осциллограмму нестационарного процесса. Записанные данные поступают в вычислительный модуль 15, в котором производится обработка их во временной области, заключающаяся в совмещении данных, соответствующих переходному процессу с данными установившегося процесса, вычисление разностного сигнала, определяющего данные свободной составляющей переходного процесса, и расчет собственной частоты и степени настройки регулируемого контура. Последняя сравнивается с уставками срабатывания модуля 16, определяющими зону нечувствительности второго измерительного органа.

Устройство автоматической настройки работает следующим образом. В нормальном режиме работы сети, когда ДГР 4 находится вблизи точки равновесия, соответствующей резонансной настройке, состояние КНП сети контролируется первым измерительным органом 7. Второй измерительный орган 8 в это время не функционирует. Отсутствие сигнала на выходе измерительного органа 7 свидетельствует о том, что параметры вектора несимметрии, а следовательно, и настройка сети находятся в пределах зоны нечувствительности, определяемой заданными значениями уставок модуля 13. При срабатывании измерительного органа 7, например, в случае коммутации ответвлений 1 или 2, вызвавшей изменение емкости сети относительно земли, либо из-за возникновения небаланса в сети, обусловливающего уход параметров вектора несимметрии за пределы зоны нечувствительности, активизируется второй измерительный орган 8. По сигналу логического устройства 9 в работу вводятся измерительный орган 8 и формирователь 11, создающий в контуре КНП сети импульс искусственного возмущения. Модуль 14 производит запись осциллограммы входного напряжения с привязкой к моменту подачи возмущающего импульса. Записанные данные передаются в вычислительный модуль 15, в котором они разделяются на данные, соответствующие переходному процессу, и данные, соответствующие установившемуся процессу, а затем вычисляется разностный сигнал, который отображает только свободную составляющую переходного процесса. По данным разностного сигнала определяется частота и декремент затухания свободных колебаний и рассчитываются собственная частота и степень настройки регулируемого контура.

В том случае, если второй измерительный орган 8 не зафиксировал нарушение условий настройки, т.е. собственная частота и степень настройки регулируемого контура не вышли за пределы зоны нечувствительности, то логическое устройство 9 вырабатывает сигнал управления модулем уставок 13, в котором обновляются уставки срабатывания, скорректированные под изменившиеся параметры вектора несимметрии. После этого измерительный орган 7 переводится в режим непрерывного слежения. Указанная процедура корректировки данных уставок позволяет адаптироваться к нестабильному вектору несимметрии и поддерживать высокую чувствительность измерительной системы.

В том случае, если измерительный орган 8 фиксирует превышение допустимой степени настройки, то устройство переводится в режим настройки индуктивности ДГР. По сигналу срабатывания второго измерительного органа 8 логическое устройство 9 устанавливает потенциальный сигнал на входе блока 10 управления приводом ДГР и формирует циклический режим работы формирователя 11 импульсов возмущения и измерительного органа 8. Последний обеспечивает информацией о соответствии или несоответствии допустимой степени настройки регулируемого контура в ходе движения плунжера ДГР. Длительность цикла измерения в режиме настройки задается из условия асимптотического выхода устройства на заданный режим компенсации с минимальной кратностью переключений привода. Минимальная длительность измерительного цикла, определяемая условиями надежного распознавания свободной составляющей переходного процесса в регулируемом контуре, может составлять 0,2…0,5 с.

С момента фиксирования измерительным органом 8 факта соответствия допустимой степени расстройки режим настройки прерывается. После чего по сигналу логического устройства 9 производится упомянутая выше корректировка данных в модуле 13 уставок срабатывания под изменившиеся параметры вектора несимметрии и перевод измерительного органа 7 в режим слежения.

Отметим, что предложенное устройство способно функционировать и при отсутствии формирователя импульсов искусственного возмущения. В этом случае необходимо предусматривать более продолжительный интервал записи осциллограммы входного напряжения, включая и предысторию момента срабатывания измерительного органа 7. Искусственное возмущение предпочтительно, поскольку при действии импульса строго определенной формы имеют место более распознаваемый нестационарный процесс и наиболее достоверные расчетные данные.

Искусственное возмущение может производиться кратковременным подключением к одной из обмоток реактора источника напряжения или тока либо кратковременным шунтированием обмотки реактора. Очевидно, любая коммутация на линии или нейтрали сети, в том числе и искусственная, вызывающая нестационарный процесс, может распознаваться измерительной системой и использоваться для расчета собственной частоты и расстройки контура. Возможны варианты кратковременного подключения к нейтрали или ко всем трем фазам батареи конденсаторов определенной емкостью. В этом случае информационный базис расширяется и становится возможной количественная оценка емкостных и индуктивных параметров регулируемого контура.

При пониженной добротности КНП сети измерительный орган 7 не может полноценно контролировать состояние регулируемого контура. Поэтому при длительном несрабатывании первого измерительного органа, обусловленного, например, значительным снижением добротности регулируемого контура или неисправностями в цепи первого измерительного органа 7, необходимо предусматривать внеочередной режим измерения вторым измерительным органом. С этой целью в логическом устройстве 9 должен быть предусмотрен таймер, запускающий через определенные интервалы времени измерительный орган 8. При этом надежность системы автоматической настройки существенно повышается. Поскольку для распознания нестационарного процесса достаточен импульс искусственного возмущения длительностью в пределах единицы-десятки миллисекунд, то перевод измерительной системы на упомянутый циклический режим не вызовет сколь-либо заметного роста установленной мощности формирователя импульсов.

Предложенное устройство автоматической настройки позволяет достаточно строго контролировать собственную частоту и степень настройки сети во всем диапазоне регулирования ДГР и устанавливать с высокой точностью требуемый режим настройки.

Этим оно выгодно отличается от известных устройств. К тому же данное устройство настройки способно функционировать при пониженных добротностях регулируемого контура до 2…5, характерных для сетей с комбинированным режимом заземления нейтрали, что существенно расширяет область его применения.

Предложенное устройство автоматической настройки дугогасящего реактора является новым и ранее неизвестным. В отличие от известных аналогов оно обладает более высокими эксплуатационными характеристиками и расширенной областью применения.

Источники информации

1. Черников А.А. Компенсация емкостных токов в сетях с заземленной нейтралью. М.: Энергия, 1974. - С.83-84.

2. Обабков В.К. Совершенствование фазового способа автоматического поддержания условий компенсации емкостных токов в кабельных сетях 6-35 кВ // Электричество, 1989, №1.

3. А.с. 1576980 (Россия). Гумин М.И. Устройство автоматической настройки дугогасящего реактора. Опубл. БИ 25, 07.07.1990.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в распределительных электрических сетях. В устройство настройки, содержащее амплитудный или фазовый детектор вектора несимметрии, введен орган измерения собственной частоты регулируемого контура, определяющий сигнал регулирования индуктивности дугогасящего реактора. Предусмотрено исполнение устройства со вспомогательным формирователем импульсов искусственного возмущения, а также подключение его в цепь регулируемого контура. Технический результат заключается в повышении точности настройки в широком диапазоне регулирования и расширении области применения устройства, которое нечувствительно к нестабильному вектору несимметрии и может эксплуатироваться в сетях с пониженной добротностью, например в сетях с комбинированным режимом заземления. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство автоматической настройки дугогасящего реактора, содержащее измерительный орган на основе детектора амплитуды или фазы напряжения или тока нулевой последовательности с регулируемыми уставками срабатывания, задающими зону нечувствительности измерительного органа, и блок управления индуктивностью дугогасящего реактора, отличающееся тем, что в контур регулирования введен второй измерительный орган на основе детектора частоты свободных колебаний, связанный с первым измерительным органом и блоком управления индуктивностью дугогасящего реактора.

2. Устройство автоматической настройки по п.1, отличающееся тем, что второй измерительный орган содержит записывающий модуль, регистрирующий осциллограммы переходного процесса, вычислительный модуль, выделяющий данные свободных колебаний и определяющий собственную частоту и степень настройки регулируемого контура, и модуль сравнения с уставками срабатывания, задающими зону нечувствительности второго измерительного органа.

3. Устройство автоматической настройки по п.1, отличающееся тем, что второй измерительный орган связан с первым измерительным органом и блоком управления, индуктивностью дугогасящего реактора через логическое устройство.

4. Устройство автоматической настройки по п.1, отличающееся тем, что введен формирователь импульсов искусственного возмущения регулируемого контура, связанный со вторым измерительным органом.

5. Устройство автоматической настройки по п.1, отличающееся тем, что формирователь импульсов искусственного возмущения связан со вторым измерительным органом через упомянутое логическое устройство.

6. Устройство автоматической настройки по п.1, отличающееся тем, что формирователь импульсов искусственного возмущения подключен к одной из обмоток дугогасящего реактора.

7. Устройство автоматической настройки по п.1, отличающееся тем, что формирователь импульсов искусственного возмущения подключен к нейтрали электрической сети.

8. Устройство автоматической настройки по п.1, отличающееся тем, что формирователь импульсов искусственного возмущения подключен по крайней мере к одной из фаз электрической сети.