СПОСОБ НАСТРОЙКИ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ Российский патент 2015 года по МПК H02J3/18 

Область техники

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю с помощью настраиваемого дугогасящего реактора (ДГР), включенного в контур нулевой последовательности (КНП) сети, например в нейтраль питающего трансформатора.

Уровень техники

Емкостные токи замыкания на землю компенсируются при совпадении резонансной частоты КНП, регулируемой с помощью настраиваемого ДГР, и частоты напряжения сети. Известен способ, согласно которому определяют резонансную частоту КНП сети с помощью генератора переменной частоты [RU 2222857]. Этот способ неэффективен при низких добротностях КНП сети. В сетях с комбинированным заземлением нейтрали через ДГР, шунтированный высокоомным резистором, КНП оказывается низкодобротным со слабо выраженным резонансом. Кроме того, для реализации данного способа требуется сложное вспомогательное электрооборудование в виде генератора переменной частоты повышенной мощности.

Наиболее близким к предлагаемому является способ настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях, заключающийся в том, что формируют опорный ток кратковременного действия в КНП сети, измеряют напряжение смещения нейтрали и воздействуют на изменение индуктивности дугогасящего реактора, при этом фиксируют кривую напряжения смещения нейтрали, выделяют свободную составляющую переходного процесса как разностный сигнал, полученный путем наложения двух участков кривой напряжения смещения нейтрали, зафиксированных до и после действия опорного тока, определяют собственную частоту контура и при расхождении собственной частоты контура с промышленной частотой формируют регулирующее воздействие на изменение индуктивности реактора [RU 2475915].

Этот способ рассматривается в качестве прототипа.

Недостаток прототипа - низкая достоверность определения собственной частоты КНП, случайность регулирующего воздействия, формируемого после каждого импульса опорного тока, и, как результирующее следствие, низкая точность настройки компенсации емкостных токов на землю.

Задача изобретения - устранение указанного недостатка.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю.

Предметом изобретения является способ настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю, заключающийся в том, что контролируют напряжение смещения нейтрали (НСН), формируют импульс возбуждения в КНП сети, выделяют свободную составляющую переходного процесса путем наложения сигналов НСН, зафиксированных до и после действия импульса возбуждения, определяют по выделенной свободной составляющей собственную частоту КНП сети и в случае ее расхождения с частотой напряжения сети формируют регулирующее воздействие на изменение индуктивности ДГР, отличающийся тем, что перед указанным наложением задерживают сигнал, зафиксированный до действия импульса возбуждения, на целое число полупериодов частоты напряжения сети.

Для указанного наложения сигнал, зафиксированный до действия импульса возбуждения, должен быть предварительно сдвинут вдоль оси времени (т.е. задержан). При этом согласно заявляемому способу время задержки Δt составляет целое число полупериодов напряжения сети (т.е. Δt должно быть равно nT/2, где Т - период напряжения сети, а n - целое число).

Необходимость именно такого временного сдвига (задержки) объясняется следующим образом.

Контролируемый сигнал НСН в отсутствие импульса возбуждения представляет собой напряжение нулевой последовательности (ННП), уровень которого определяется несимметрией фаз сети, а частота совпадает с частотой напряжения сети. После воздействия импульса возбуждения к ННП добавляется свободная составляющая переходного процесса, за короткое время затухания которой ННП практически остается неизменным по величине, частоте и фазе. При выделении свободной составляющей переходного процесса (несущей информацию о собственной частоте КНП) ННП проявляется как помеха, на устранение которой направлена процедура наложения сигналов (фрагментов контролируемого НСН), зафиксированных до и после действия импульса возбуждения соответственно. При этом первый сигнал содержит указанную помеху в чистом виде, а второй - в сумме со свободной составляющей возникшего переходного процесса.

При наложении этих двух сигналов согласно прототипу (т.е. без выполнения условия предварительной задержки контролируемого сигнала на целое число полупериодов частоты напряжения сети), фазы ННП на налагаемых фрагментах случайны и могут совпасть с точностью до полупериода лишь с малой вероятностью. Поэтому получаемый в результате такого наложения сигнал будет в большинстве случаев содержать не только свободную составляющую переходного процесса, но и помеху, величина которой будет зависеть от амплитуды и случайной разности фаз ННП в зафиксированных и налагаемых друг на друга сигналах.

Собственная частота КНП сети и регулирующее воздействие на ДГР по такому сигналу определяются недостоверно, процесс настройки становится неустойчивым, а ток замыкания на землю остается нескомпенсированным.

Изложенное иллюстрируют осциллограммы, приведенные на фиг.1-3.

На фигурах обозначено:

A(t) - первый сигнал НСН, зафиксированный до действия импульса возбуждения;

B(t) - второй сигнал НСН, зафиксированный после действия импульса возбуждения;

A(t-Δt) - контролируемый сигнал НСН, перед наложением задержанный (сдвинутый вдоль оси времени) на время Δt;

C(t) - сигнал, полученный в результате наложения сигналов B(t) и A(t-Δt).

Фиг.1 относится к прототипу, когда первый сигнал перед наложением задержан (сдвинут) на время Δt, не кратное целому полупериоду частоты напряжения сети, а кратное, например, только четверти периода. При этом обозначения сигналов снабжены соответствующим индексом: А_{прототипа}(t-Δt) и C_{прототипа}(t)

На фиг.2, относящейся к заявляемому изобретению, показан случай, когда контролируемый сигнал перед наложением задержан (сдвинут) на время Δt, кратное целому полупериоду частоты напряжения сети. При этом в качестве примера показан случай, когда A(t-Δt) наложен на второй сигнал B(t) со сдвигом, равным целому четному числу полупериодов (т.е. целому периоду Т) частоты напряжения сети. При четном числе полупериодов в качестве результата наложения C(t) используется сигнал C₁(t)=B(t)-A(t-Δt), а при нечетном может использоваться сигнал C₂(t)=A(t-Δt)+B(t). Полярность получаемой в результате наложения свободной составляющей (и полярность сигнала C(t)) не имеет значения для оценки собственной частоты КНП сети.

На фиг.3 совместно показаны полученные на фиг.1 и фиг.2 в результате наложения сигналы С_{прототипа}(t) и C(t).

Сравнение С_{прототипа}(t) и C(t) показывает, что эти сигналы существенно различаются. При этом сигнал C(t) представляет собой истинную свободную составляющую переходного процесса, а сигнал С_{прототипа}(t) содержит неустраненную помеху. Использование сигнала С_{прототипа}(t) для определения частоты собственных колебаний КНП сети даст неверный (в данном случае более высокочастотный) результат.

Таким образом, для устранения недостатка прототипа и получения указанного технического результата в заявляемом способе производится дополнительная операции задержки (сдвига) контролируемого сигнала, зафиксированного до действия импульса возбуждения, на величину, равную целому числу полупериодов Т/2 напряжения сети,

Совокупность признаков заявляемого способа, в отличие от совокупности признаков прототипа, достаточна для точной и устойчивой компенсации емкостных токов в результате настройки ДГР независимо от случайных значений амплитуды и фазы ННП. При этом от персонала или аппаратуры, осуществляющей способ, не требуется выполнения каких-либо дополнительных действий и приемов, помимо тех, которыми характеризуется способ.

Осуществление изобретения

На фиг.4 приведена одна из возможных функциональных схем устройства, использующего предлагаемый способ. На схеме показаны питающий трансформатор 1, подключенный к электрической сети, и дугогасящий реактор 2, через который заземлена нейтраль трансформатора 1. Реактор 2 имеет сигнальную обмотку, которая подключена к источнику 3 импульсов возбуждения. Кроме того, на схеме показан измерительный трансформатор 4 напряжения и условно показаны пунктиром распределенные емкости 5 фаз сети на землю.

С фазных обмоток трансформатора 4, соединенных по схеме «разомкнутый треугольник», на блок 6 снимается ННП в качестве контролируемого сигнала. В блоке 6 контролируемый сигнал оцифровывается аналого-цифровым преобразователем 7 и далее программно обрабатывается в цифровом виде согласно заявляемому способу. Функциональные блоки и элементы 8-12 на фиг.4 показаны условно для иллюстрации осуществления способа.

Оцифрованный контролируемый сигнал задерживается элементом 8 на время τ=nT/2). Задержанный сигнал A(t-τ) и текущий сигнал B(t) поступают на элемент 9, который обеспечивает их наложение с получением результирующего сигнала C(t).

Полярность сигнала C(t) не имеет значения для последующей оценки частоты колебаний выделяемой свободной составляющей. Поэтому элемент 9 функционирует следующим образом. При выборе нечетного n сигнал C(t) формируется элементом 9 как суммарный сигнал B(t)+A(t-τ), a при четном n - как разностный сигнал B(t)-A(t-τ) или A(t-τ)-B(t), поскольку полярность колебаний не имеет значения для оценки частоты колебаний выделяемой свободной составляющей.

В отсутствие переходного процесса, вызываемого импульсом возбуждения, поступающим от источника 3, оба сигнала A(t-τ) и B(t) представляют собой переменное ННП с периодом повторения Т. Поскольку сигнал A(t-τ) задержан (сдвинут во времени) элементом 8 на время τ=nT/2, сигнал C(t), формируемый элементом 9 вышеописанным образом, во всех случаях будет равен или близок к нулю.

Устройство на фиг.4, осуществляющее заявляемый способ, работает следующим образом.

Источник 3 через сигнальную обмотку реактора 2 выдает с интервалом, многократно превышающем период Т, короткий импульс возбуждения, вызывающий переходный процесс в КНП сети.

В этом переходном процессе (до его затухания) сигнал B(t) на входе элемента 9 представляет собой сумму принужденной составляющей переходного процесса (короткого импульса возбуждения), затухающей свободной составляющей переходного процесса и помехи в виде ННП сети. Сигнал A(t-τ) на выходе элемента 8 задержки представляет собой ННП сети, воспроизведенное с задержкой τ=nT/2 относительно сигнала B(t). Поэтому сигнал C(t), полученный на выходе элемента 9, в результате наложения участков B(t) и A(t-nT/2) согласно заявляемому способу, содержит (после прекращения действия короткого импульса возбуждения) только затухающую свободную составляющую, колеблющуюся с собственной частотой КНП сети.

В блоке 10, запускаемом в момент выдачи импульса возбуждения источником 3, по колебаниям выделенной на выходе элемента 9 свободной составляющей определяется собственная частота КНП сети.

Необходимая для нахождения этой частоты длительность фрагмента колеблющейся и затухающей свободной составляющей, очищенного от мешающего напряжения, обеспечивается соответствующей величиной τ=nT/2 элемента 8 (задаваемой выбором целого числа n).

В блоке 11 вычисляется коэффициент расстройки

где f₀ - собственная частота контура, определенная по выделенной свободной составляющей, f_C - частота напряжения сети (50 Гц). Значение f₀ близко к резонансной частоте сети и может уточняться с учетом декремента затухания.

Блок 12 сравнивает коэффициент расстройки с заданной уставкой.

В блоке 13 по сигналу рассогласования, полученному от блока 12, формируется соответствующее управляющее воздействие на привод 13 плунжера реактора 2, направленное на увеличение или уменьшение его индуктивности. Это воздействие формируется после каждого импульса возбуждения до тех пор, пока коэффициент k превышает уставку, заданную в блоке 12.

Как видно из вышеизложенного, в результате осуществления заявляемого способа свободная составляющая переходного процесса и, как следствие, собственная частота КНП сети и регулирующее воздействие на ДГР определяются (в отличие от прототипа) с высокой достоверностью после каждого импульса возбуждения. Это обеспечивает эффективную, точную и устойчивую компенсацию емкостных токов сети и снижение остаточной величины нескомпенсированного тока замыкания на землю.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю с помощью настраиваемого дугогасящего реактора (ДГР), включенного в контур нулевой последовательности (КНП) сети, например в нейтраль питающего трансформатора. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю. Способ заключается в том, что контролируют напряжение смещения нейтрали (НСН), формируют импульс возбуждения в КНП сети, выделяют свободную составляющую переходного процесса путем наложения сигналов НСН, зафиксированных до и после действия импульса возбуждения, определяют по выделенной свободной составляющей собственную частоту КНП сети и в случае ее расхождения с частотой напряжения сети формируют регулирующее воздействие на изменение индуктивности ДГР, при этом перед указанным наложением задерживают сигнал, зафиксированный до действия импульса возбуждения, на целое число полупериодов частоты напряжения сети. 4 ил.

Способ настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю, заключающийся в том, что контролируют напряжение смещения нейтрали, формируют импульс возбуждения в контуре нулевой последовательности сети, выделяют свободную составляющую переходного процесса путем наложения сигналов напряжения смещения нейтрали, зафиксированных до и после действия импульса возбуждения, определяют по выделенной свободной составляющей собственную частоту контура нулевой последовательности сети и в случае ее расхождения с частотой напряжения сети формируют регулирующее воздействие на изменение индуктивности дугогасящего реактора, отличающийся тем, что перед указанным наложением задерживают сигнал, зафиксированный до действия импульса возбуждения, на целое число полупериодов напряжения сети.