Способ настройки дугогасящего реактора и устройство для его реализации Российский патент 2021 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено для решения задач автоматической компенсации емкостных токов замыкания на землю в распределительных сетях6-35 кВ.

Известны устройства автоматической настройки компенсации емкостных токов (КЭТ), содержащие измерительный орган на основе датчика напряжения смещения нейтрали и амплитудного или фазного детектора, воздействующего на блок управления индуктивностью дугогасящего реактора (ДГР), подключаемого к сети посредством присоединительного трансформатора (ТДГР) - фильтра нулевой последовательности [1,2]. В таких устройствах настройка сводится к поддержанию во время нормальной работы сети максимального напряжения смещения нейтрали или ее фазы относительно определенного опорного вектора, например, линейного вторичного напряжения измерительного трансформатора напряжения.

Недостатками указанных устройств являются значительное, часто недопустимое, смещение нейтрали в области резонансной настройки, особенно в сетях с преобладанием воздушных линий с высокой степенью естественной несимметрии и в сетях с кабелями СПЭ изоляцией, обладающих большой добротностью. При глубокой расстройке регулируемого контура информационный сигнал снижается до уровня шумов, что приводит к потере управления. Обозначенные устройства не работоспособны в сетях с комбинированным режимом заземления нейтрали, когда катушка ДГР шунтируется высокоомным резистором или к вторичной обмотке реактора подключен на постоянной основе низкоомный резистор. Вследствие указанного системы КЭТ на основе упомянутых устройств автоматики требуют искусственного, часто регулируемого, смещения нейтрали.

Известна установка, имеющая наиболее близкие к предложенной полезной модели признаки [3]. Она содержит устройство управления регулируемым посредством подмагничивания ДГР, включающий микропроцессорное устройство с дисплеем, клавиатурой и внешней памятью, устройством связи с ЭВМ высшего уровня и формирователя сигналов управления исполнительным механизмом, а также входного блока согласования и фильтрации входных сигналов - резистивного делителя с нелинейной вольтамперной характеристикой, полосовых фильтров, настроенных на частоту основной гармоники напряжения сети, компараторов, аналого-цифрового преобразователя. Также устройство содержит фазокорректирующее устройство для коррекции сдвига фаз между входным и опорным сигналами в режиме настройки на резонанс на -90°.

Информационная координата, характеризующая состояние регулируемого контура, формируется устройством измерения сдвига фаз между входным и опорным напряжениями [4]. При превышении угла сдвига между этими напряжениями заданного уставками значения, происходит включение исполнительного механизма до момента достижения максимума напряжения смещения нейтрали и последующей установкой фазовым корректором указанного угла значения -90°.

Недостатком является сложность технической реализации, обусловленная исполнением устройств обработки сигналов на аналоговой элементной базе, ограниченный диапазон коррекции фазового угла между входными сигналами -±90°, что, в некоторых режимах может явиться причиной некорректной работы устройства автоматической настройки ДГР. Постоянное поддержание резонансного режима приводит к значительным потерям в обмотке подмагничивания и цепей питания этой обмоткой. Функционирование устройства полностью зависит от естественного источника напряжения несимметрии, являющегося самым нестабильным параметром сети. В симметричных кабельных сетях, где напряжение несимметрии незначительно, требуется дополнительное энергоемкое оборудование с целью создания дополнительной (искусственной) несимметрии сети. Указанные факторы препятствуют промышленному применению этого устройства.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение технической реализации устройства автоматической настройки, улучшение эксплуатационных характеристик и расширение области применения.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в сети 6-35 кВ, содержащем фильтр нулевой последовательности (ФНП-ТДГР) 1, дугогасящий реактор 2 с рабочей обмоткой W_p в цепи заземления нейтрали и с обмоткой подмагничивания W_п, регулируемый источник питания - управляемое звено постоянного тока (УЗПТ) 5, связанный микропроцессорным устройством (МПУ) 7 с измерительными органами на основе датчиков напряжения смещения нейтрали 6 и тока подмагничивания 4 предлагается использовать следующую последовательность действий по настройке ДГР в нормальном режиме работы и поддержанием резонанса в режимах ОЗЗ в сети: посредством увеличения тока подмагничивания I_п, находится резонансная настройка (равенство реактивных сопротивлений емкостей фазной изоляции С_ф и индуктивности L обмотки W_р) по максимуму смещения нейтрали 3U₀, фиксируется величина тока подмагничивания, соответствующая этой настройке, затем снижается ток подмагничивания на заданную величину, фиксируются значения I_п, 3U₀ и фазовый угол ϕ. Дополнительными параметрами фиксации режима резонансной настройки являются значения напряжения смещения и фазовый угол ϕ между векторами этого напряжения и опорного.

Целью реализации указанного алгоритма управления настройкой ДГР с подмагничиванием с поддержанием в нормальном режиме работы режима недокомпенсации является снижение напряжения смещения нейтрали, существенное (до 10 и более раз) уменьшение мощности потерь в ДГР и источнике питания обмотки подмагничивания, что весьма важно для электрической сети и силового оборудования в плане повышения надежности электрооборудования и электроснабжения в целом.

Предлагаемое устройство реализует аналогичный прототипу амплитудный и фазовый принципы настройки, но отличную от него схему управления исполнительным органом и ограниченный состав функциональных узлов. В основу способа настройки положено свойство поддержания в сети режима с недокомпенсацией емкостных токов и малым смещением нейтрали и настройки на резонанс в режимах однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) по измеренным параметрам сети, предшествующей ОЗЗ.

Таким образом, техническое решение, реализованное в соответствии с указанными признаками и связями, существенно проще аналогичных устройств и, в отличие от прототипа, имеет улучшенные эксплуатационные характеристики. Способ и устройство могут применяться в воздушных и кабельных сетях.

Предложенное техническое решение характеризуется новой ранее неизвестной совокупностью признаков и может быть признано изобретением.

На фигуре 1 приведена схема автоматической компенсации емкостных токов в сети 6-35 кВ на основе дугогасящего реактора с подмагничиванием от регулируемого источника постоянного тока. Шины 6-35 кВ разделены от сети высокого напряжения трансформатором Т1 и подключается к ней вводным выключателем ВВ.

Цепь компенсации образована подключенным к распределительной электрической сети посредством выключателя В1 нейтралеобразующим трансформатором (ТДГР) - фильтром нулевой последовательности 1 и последовательно соединенными с ним рабочей обмоткой W_p дугогасящего реактора (QL) 2 и датчиком тока реактора - измерительным трансформатором тока 3. Обмотка подмагничивания W_п реактора подключена к выходу регулируемого источника питания 5. В цепи указанной обмотки присутствует датчик тока подмагничивания 4, сигнал с которой поступает на вход измерительного органа МПУ 7. В этот же орган поступают сигналы, снимаемые с вторичных обмоток измерительного трансформатора напряжения (TV) 6, включением вторичных обмоток по схеме разомкнутый треугольник (a_d и x_d) и «звезда» (a, b , c), с сигнальной обмотки W_c реактора и трансформатора тока (ТА) 3. Первичная обмотка TV подключена к сети через предохранитель FU.

Схема автоматики настройки ДГР работает следующим образом. В исходном состоянии ток подмагничивания обмотки реактора отсутствует и в сеть находится в режиме глубокой недокомпенсации (индуктивность реактора максимальна). МПУ плавно увеличивает выходное напряжение U_у, отслеживая при этом параметры 3U₀, I_п^’, и фазовый угол ϕ. При достижении основной гармоники (50 Гц) напряжения 3U₀ максимальной величины, запоминается его значение, величина тока I_п, соответствующая достигнутому максимуму напряжению 3U₀, а также фазовый угол φ. В сетях с большим уровнем гармонических составляющих вместо напряжения 3U₀ желательно использовать напряжение сигнальной обмотки U_Wc дугогасящего реактора. По сохранению указанных параметров МПУ снижает (скачкообразно или плавно) величину тока подмагничивания в n раз. Коэффициент n, определяется, исходя из соображений снижения потерь в системе подмагничивания, смещения нейтрали в интервале 2-3 и задается уставкой. Затем сохраняются в памяти МПУ значения напряжения 3U₀ и фазового угла ϕ для установившегося значения расстройки компенсации при пониженной величине тока подмагничивания.

При изменении фазовых емкостей С_ф относительно земли, например, в связанных с отключением или подключением отходящих линий, происходит изменение расстройки и связанные с ним отклонения напряжения 3U₀ и фазового угла ϕ от запомненных в памяти МПУ, при выходе которых за пределы, заданные уставками в устройстве значений, выставляемых клавиатурой К по показаниям индикатора И, МПУ плавно увеличивает выходное напряжение U_у, увеличивая таким образом ток подмагничивания I_п обмотки W_п до значения, соответствующего новому максимуму смещения нейтрали. При достижении максимума 3U₀ МПУ, в соответствии с вышеописанным алгоритмом, повторяет процесс установки режима контролируемой недокомпенсации и сохранения параметров настройки в памяти устройства.

Предложенное устройство автоматической компенсации емкостных токов с дугогасящими реакторами с подмагничиванием сердечника позволяет c достаточной точностью контролировать степень настройки компенсации сети во всем диапазоне регулирования и поддерживать с высокой точностью режим компенсации емкостных токов в режимах однофазных замыканий на землю по измеренным параметрам сети в нормальном режиме ее работы.

Источники информации:

1. Обабков В.К. Совершенствование фазового способа автоматического поддержания условий компенсации емкостных токов в кабельных сетях 6-35 кВ // Электричество, 1989, №1. С. - 18-25.

2. А.с. №1026231 (СССР). Устройство для автоматической настройки плунжерных дугогасящих реакторов /О.А. Петров, А.М. Ершов, А.Н. Хабаров. Опубл. в БИ 1983, №24.

3. Адаптивная система настройки контура нулевой последовательности распределительной сети 6-35 кВ /М.И Петров, И.А. Польков, И.Н. Поляков, И.Н. Степанов //Проблемы электроэнергетики на региональном уровне. Межвузовский сб. науч. тр. Чебоксары. Изд-во Чуваш. ун-та, 1998. С. - 60-66.

4. А.с. №1536476. Устройство для определения расстройки компенсации тока замыкания на землю / И.Н. Степанов, М.И. Петров. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений СССР 15.09.1989 г.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение быстродействия процесса настройки дугогасящего реактора. Согласно способу в нормальном режиме работы сети поддерживают режим недокомпенсации, требующий относительно малой величины тока подмагничивания и малой мощности потерь в активной части реактора. Посредством увеличения тока подмагничивания осуществляют поиск максимума напряжения основной частоты в нейтрали сети, по достижении которого фиксируют величину тока подмагничивания, соответствующую резонансу. После этого снижают ток подмагничивания на заданную величину, фиксируют величину напряжения смещения нейтрали основной частоты тока сети и его фазовый угол относительно опорного. При выходе этих параметров за зоны, заданные уставками, увеличивают ток подмагничивания для определения новой настройки и фиксируют ток подмагничивания по результатам настройки. При однофазном замыкании на землю осуществляют выход на резонансный режим, для чего устройство управления выставляет фиксированное на максимуме напряжения смещения значение тока подмагничивания, соответствующее резонансной настройке. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ компенсации емкостных токов устройством настройки дугогасящего реактора, включающим дугогасящий реактор, регулируемый источник постоянного тока, устройство управления, отличающийся тем, что устройство на основе дугогасящего реактора с подмагничиванием, микропроцессорного устройства управления, источника питания с датчиком тока в нормальном режиме работы сети посредством увеличения тока подмагничивания осуществляет поиск максимума напряжения основной частоты в нейтрали сети, по достижении которого фиксируется величина тока подмагничивания, соответствующая резонансу, снижается ток подмагничивания на заданную величину, фиксируется величина напряжения смещения нейтрали основной частоты тока сети и его фазовый угол относительно опорного, при выходе этих параметров за зоны, заданные уставками устройства управления, устройство выдает сигнал на увеличение тока подмагничивания для определения новой настройки и фиксирования тока подмагничивания по результатам настройки, а при однофазном замыкании на землю устройство управления выставляет фиксированное на максимуме напряжения смещения значение тока подмагничивания, соответствующее резонансной настройке.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фазового угла используется вектор линейного вторичного напряжения измерительного трансформатора напряжения.