СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ ДУГОГАСЯЩИХ РЕАКТОРОВ С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ ЗАМЫКАНИЯ Российский патент 2022 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 6-35 кВ.

Из существующего уровня техники известен способ настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях, основанный на формировании контура нулевой последовательности (КНПС) переходного процесса с помощью импульсного источника опорного тока большой скважности и выделении свободной составляющей переходного процесса, несущей полную информацию о собственной частоте и добротности контура, на основании которых вычисляется емкость сети по нулевой последовательности и, соответственно, необходимый ток дугогасящего реактора (ДГР). Кроме того, свободную составляющую переходного процесса определяют как разностный сигнал, полученный путем наложения двух участков кривой напряжения смещения нейтрали, зафиксированных до и после действия источника опорного тока (Патент RU №2475915, МПК H02J 3/18, опубл. 20.02.2013).

Недостатком этого способа является чувствительность к помехам и, в первую очередь, к гармоникам, характерным для применения ДГР, особенно ДГР магнитно-вентильного типа, управляемых подмагничиванием, которые сами являются источниками гармоник на уровне 3-4% тока компенсации. Фильтрация высших гармоник малых кратностей не может быть осуществлена без снижения точности метода, что не позволяет применять его для реализации автоматической настройки компенсации ДГР, управляемых подмагничиванием, в пределах точности настройки 1%.

Наиболее близким к предлагаемому является способ автоматической настройки компенсации дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием, с погрешностью (расстройкой компенсации) в пределах 1% первой гармоники тока однофазного замыкания на землю, которая достигается тем, что в известном способе автоматической настройки компенсации дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием, заключающемся в формировании в контуре нулевой последовательности сети переходного процесса с помощью импульсного источника опорного тока большой скважности, измерении напряжения на сигнальной обмотке реактора и выделении свободной составляющей переходного процесса, на основании параметров которого вычисляют емкость сети по нулевой последовательности и, соответственно, необходимый ток компенсации, согласно изобретению, к напряжению, измеренному на сигнальной обмотке реактора, применяют вейвлет-преобразование и определяют временные зависимости вейвлет-коэффициентов, выбирают коэффициент с максимальной амплитудой, соответствующей частоте свободных колебаний контура нулевой последовательности, при этом при попадании максимального вейвлет-коэффициента в диапазон частот 35-70 Гц осуществляется управление подмагничиванием ДГР, изменяющее его индуктивность до тех пор, пока частота собственных колебаний контура не выйдет за пределы указанного диапазона, по найденной частоте определяют емкость сети и необходимый ток компенсации (Патент RU №2618519, МПК H02J 3/18, опубл. 04.05.2017).

Недостатком этого способа является некорректное определение частоты свободных колебаний КНПС, близкой к основной частоте сети при наличии несимметрии фазных емкостей сети из-за присутствия сигнала основной частоты большего, чем амплитуда свободных колебаний, для устранения этого предлагается расчет частоты свободных колебаний производить вне диапазона 35-70 Гц. Кроме этого, способ не учитывает вероятное изменение емкости КНПС при возникновении однофазного замыкания на землю, что снижает точность настройки ДГР.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности настройки ДГР и достоверности результата измерения емкости КНПС.

Технический результат достигается тем, что способ автоматической настройки компенсации дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием, заключающийся в формировании в контуре нулевой последовательности сети (КНПС) переходного процесса с помощью импульсного источника опорного тока, измерении напряжения на сигнальной обмотке реактора и выделении свободной составляющей переходного процесса, на основании параметров которого вычисляют емкостное сопротивление сети по нулевой последовательности и, соответственно, необходимый ток подмагничивания, отличающийся тем, что к напряжению, измеренному на сигнальной обмотке реактора, применяют преобразование Фурье и определяют разностный частотный спектр сигнала после и до формирования возбуждающего импульса, выбирают частоту с максимальной амплитудой, которая соответствует частоте свободных колебаний контура нулевой последовательности, по найденной частоте определяют емкостное сопротивление сети и необходимый ток подмагничивания для компенсации емкостного тока при однофазном замыкании на землю, используют рассчитанный ток подмагничивания как стартовый при обнаружении однофазного замыкания на землю, корректируемый в режиме замыкания по углу между векторами напряжения нулевой последовательности и остаточного напряжения для поврежденной фазы с целью уменьшения расстройки КНПС до допустимого значения.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентноспособности «новизна» и «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ в режиме автоматической настройки компенсации. Функциональная схема содержит дугогасящий реактор с подмагничиванием 1, нейтралеобразующее устройство 2, импульсный источник опорного тока 3, измерительный блок 4, блок получения частотного спектра сигнала путем быстрого преобразования Фурье 5, блок фиксации спектра 6, блок анализа разностного спектра и определения частоты свободных колебаний 7, блок подмагничивания 8, блок вычитания спектров 9, управляющее устройство 10, блок измерения напряжений сети 11, блок формирования опорного напряжения поврежденной фазы 12, блок определения расстройки 13, измерительный трансформатор напряжения 14.

На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства в режиме калибровки, в которой добавлен конденсатор известной емкости 15 и исключены 11, 12, 13 и 14 блоки как неиспользуемые.

Поставленная техническая задача решается следующим образом.

Перед подачей импульса тока с помощью преобразования Фурье определяется частотный спектр сигнала в сигнальной обмотке ДГР.

Далее с помощью импульса тока длительностью 5-10 мс от импульсного источника КНПС возбуждается.

По окончании импульса с помощью преобразования Фурье определяется частотный спектр сигнала со свободными колебаниями сигнальной обмотки ДГР. Находится разность частотных спектров, полученных после и до возбуждения КНПС, что уменьшает амплитуды частот сигнала, присутствовавших и до, и после возбуждения (шумов и гармоник частоты сети), уменьшая вероятность ошибки определения частоты свободных колебаний. По максимальной амплитуде разностного спектра определяется частота свободных колебаний КНПС f_св.

При известном индуктивном сопротивлении КНПС X_L определяется X_C емкостное сопротивление КНПС по известным формулам:

Где ϑ - величина расстройки контура, f_o - частота сети.

По известной регулировочной характеристике X_L=F(I_под) для X_L=X_C (условие резонанса) определяется ток подмагничивания для резонанса КНПС.

Найденное значение требуемого тока реактора сохраняется, и при возникновении в электрической сети однофазного замыкания на землю блок управления реактором форсирует подмагничивание ДГР рассчитанным током подмагничивания и обеспечивая быстрый выход системы на компенсацию емкостного тока.

В режиме однофазного замыкания на землю производится контроль угла между вектором напряжения нулевой последовательности и вектором остаточного напряжения поврежденной фазы. Приближение этого угла к нулю соответствует приближению к настройке КНПС на резонанс, знак угла определяет направление изменения тока подмагничивания. Процесс подстройки тока подмагничивания завершается при достижении заданного диапазона допустимой расстройки.

Предлагаемый способ может быть осуществлен устройством, функциональная схема которого приведена на фиг. 1. Схема содержит электрическую сеть с нейтралью, заземленной через управляемый подмагничиванием ДГР 1, подключенный к нейтральной точке сети, образованной с помощью нейтралеобразующего устройства 2.

К сигнальной обмотке ДГР подключен импульсный источник опорного тока 3, который периодически запускается управляющим устройством 10, и измерительный блок 4, напряжение с которого поступает в блок получения частотного спектра сигнала путем быстрого преобразования Фурье 5, в блоке 6 осуществляется фиксация полученного спектра сигнала, в блоке 9 из полученного спектра сигнала вычитается ранее сохраненный в блоке 6 спектр, полученный разностный спектр анализируется в блоке 7, определяется частота свободных колебаний и передается в управляющее устройство 10, в управляющем устройстве 10 на основе полученной частоты колебаний и регулировочной характеристики ДГР рассчитывается емкостное сопротивление сети и величина тока подмагничивания, необходимая для установки резонансного режима КНПС.

В режиме однофазного замыкания на землю сетевые напряжения фаз и нейтрали от измерительного трансформатора 14 поступают на измерительный блок 11, который отслеживает возникновение однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), передает сигнал ОЗЗ на управляющий блок 10, по напряжениям неповрежденных фаз блок 12 формирует опорное напряжение поврежденной фазы, на основе которого напряжения нейтрали в блоке определения расстройки 13 вычисляется текущее значение угла расстройки, текущий угол расстройки передается в управляющий блок 10, управляющий блок через блок подмагничивания 8 корректирует ток подмагничивания ДГР для приведения угла расстройки в заданный интервал.

Получение регулировочной характеристики ДГР проиллюстрировано функциональной схемой, показанной на фиг. 2. Все фазные выводы нейтралеобразующего устройства 2 соединены в один узел, к которому подключен конденсатор известной емкости 15. Управляющее устройство выполняет вышеописанную процедуру расчета частоты собственных колебаний для различных значений тока подмагничивания ДГР и, используя формулу (3), по известному значению емкости конденсатора определяет значение соответствующего току индуктивного сопротивления ДГР, получая необходимое число точек регулировочной характеристики X_L=F(I_под), далее хранимой в управляющем устройстве 10 в виде таблицы или параметров аппроксимирующей функции.

Заявленное техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий, и прошло апробацию на объекте филиала АО «Сетевая компания» Буинские электрические сети.

Использование: в области электротехники для автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ. Технический результат - повышение точности настройки дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием. В способе автоматической настройки компенсации дугогасящих реакторов с подмагничиванием в контуре нулевой последовательности сети измеряют напряжение смещения нейтрали, фиксируют частотный спектр напряжения нейтрали, полученный преобразованием Фурье, формируют опорный ток кратковременного действия. Выделяют частотный спектр переходного процесса как разность частотных спектров, фиксированных после и до воздействия опорного тока, определяют собственную частоту контура нулевой последовательности по максимальной амплитуде, соответствующей частоте свободных колебаний. По найденной частоте определяют емкостное сопротивление сети и необходимый ток подмагничивания. 2 ил.

Способ автоматической настройки компенсации дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием, заключающийся в определении управляющим устройством в нормальном режиме значения стартового тока подмагничивания реактора, формируемого блоком подмагничивания, рассчитанного с помощью регулировочной характеристики и емкостного сопротивления КНПС, полученного на основе значения частоты свободных колебаний, отличающийся вычислением частоты свободных колебаний в блоке анализа на основе анализа разностного спектра двух спектров, сформированных блоком быстрого преобразования Фурье для сигналов измерительного блока, подключенного к измерительной обмотке ДГР, сигнала в нормальном режиме работы, хранящегося в блоке фиксации спектра, и сигнала переходного процесса, периодически инициируемого через сигнальную обмотку ДГР импульсом тока от опорного источника, и подстройки управляющим блоком тока блока подмагничивания реактора в режиме компенсации замыкания на землю с целью приведения к заданному интервалу значения расстройки КНПС, вычисляемого блоком определения расстройки на основе расчета угла между векторами напряжения нулевой последовательности и остаточного напряжения для поврежденной фазы, получаемыми блоком измерения напряжений от измерительного трансформатора сети и блоком опорного напряжения, использующим измеренные напряжения.