Устройство для компенсации емкостного тока замыкания на землю в сетях переменного тока Советский патент 1984 года по МПК H02H9/08 

Изобретение относится к распределению электрической энергии и предназначено для компенсации реактивной составляющей тока замыкания на землю в электрических сетяк с изолированной нейтралью.

Известно устройство для компенсации емкостного тока замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью с несколькими отходящими линиями, подключенными к сети через линейные выключатели, снабженные размыкающими блок-контактами, содержащее дроссель, включенный между нулевой точкой зсети и эемдей, конденсаторы для калщой линии, присоединенные между нулевой точкой сети и землей через размыкающие блок-контакты линейных выключателей Г13

В этом устройстве при большом количестве отходящих линий требуется большое число конденсаторов, емкость каждого из которых должна точно соответствовать емкости каждой отходящей линии. Для точного подбора емкости отдельной кабельной линии требуется комбинация последовательно и параллельно соединенных конденсаторов, что значительно усложнит устройство. Кроме того, при изменении конфигурации сети с помощью выключателей, установленных на других подстанциях, требуется большое количество контрольных кабелей.

Наиболее близким к изобретению по Технической сущности является устройство для быстродействуннцей компенсации емкостного тока замыкания на землю в сети переменного тока, содержащее включенный между нейтралью сети и землей дроссель, параллельно которому присоединены конденсаторы через управляемые ключи, входы которых подключены к выходам блока управления ключами, аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен на выход регулятора автоматической настройки компенсации, а выхода включены на входы блока управления ключами. Емкости конденсаторов выбраны по закону геометрической прогрессии.

Управляемые ключи в этом устройстве выполнены на тиристорах. В нормальном режиме работы сети напряжение нейтрали, на которое включена управляемая конденсаторная приставка, не превьшает 15% фазного напряжения сети. В этом режиме

броски тока, возникающие при коммутации тиристорами конденсаторов, безопасны; для тиристоров, даже в том случае, если конденсаторы ока, жутся предварительно заряженными. При возникновении -однофазного замыкания на землю напряжение нейтрали достигает 100% фазного напряжения сети. Во время настройки комO пенсации в этом режиме, как и в предьщущем, происходит последовательное отключение и включение конденсаторов на напряжение нейтрали. Отключение конденсатора тиристором

5 происходит в нуле тока, при этом за счет фазного сдвига напряжение на конденсаторе максимальное и длительно остается практически постоянным и равным фазному напряжению

0 сети, благодаря малым токам утеЧки конденсаторов. Напряжение нейтрали меняется синусоидально. В момент закрытия тиристора напряжение на конденсаторе равно напряжению нейт5 рали, а через половину периода,

т.е. через О,ОТ с, разница этих напряжений достигает удвоенной амплитуды фазного напряжения сети. Если в этот момент времени произойдет

0 повторное включение тиристора, то к конденсатору прикладьюается двойное напряжение и ток в зависимости от параметров контура нулевой последовательности сети может более, чем в два раза превысить ток вклю5чения разряженного конденсатора. Такие броски тока наблюдаются также и при повторном включении через 0,03, 0,05, 0,07 с и т.д. При этом скорость нарастания тока в тиристоре, как правило, превышает допустимые паспортные значения, что приводит к выходу их из строя. Большие импульсные токи несинхронного включения конденсаторов приводят

5 к коммутацйонйым перенапряжениям и питающей сети.

Применение высоковольтных конденсаторов и тиристоров сопряжено с известными техническими труднос0тями, а наличие аналого-цифрового преобразователя в схеме регулирования накладывает дополнительные требования к регулятору автоматической настройки компенсации, выход ной параметр которого обязательно должен быть аналоговы и иметь линейн5по зависимость от степени расстройки компенсации. Все это существенно усложняет и удорожает устройство в целом. Цель изобретения - повышение надежности работы симисторов, удешевление устройства при сохранении все его функций. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее включенньй мезкду нулевой точкой сет и землей дроссель, параллельно которому через симисторные ключи присоединены конденсаторы, емкости которых выбраны по закону геометрической прогрессии, блоки управления симисторными ключами, выходы которых подключены на управляющие входы симисторных ключей, регулятор автоматической настройки компен сации, к выходу которого подключен блок кодирования команд управления, соединенньй с блоками управления симисторными ключами, введены блоки запрета противовключения конденсаторов, логические элементы И, а блок кодирования команд управления выполнен в виде генератора тактовых импульсов, двух логических элементов И и N -разрядного реверсивного двоичного счетчика, подключенного входами к выходам логических элемен тов И, первые входы которых соединены с выходами регулятора автоматической настройки компенсации, а вторые входы - с выходом генератора тактовых импульсов, выходы N-разрядного реверсивного двоичного счет чика через вышеназванные логические элементы И соединены с блоками управления симисторными ключами, на вторые входы логических элементов И подключены блоки запрета противовключения конденсаторов, входы кото рых подключены на напряжения нейт-. рали и напряжения на конденсаторах Кроме того, конденсаторы и симис торные ключи подключены параллельно дросселю через понижающий трансформатор. Каждый блок запрета противовключ ния конденсаторов выполнен в виде двух пороговых элементов, расширите ля импульсов, инвертора и логического элемента ИЛИ, причем вход пер вого порогового элемента подключен на напряжение нейтрали, а выход через расширитель импульсов и инвертор - на один из входов логического элемента ИЛИ, вход второго поро74гового элемента связан с напряжением на симисторном ключе, а выход - с другим входом логического элемента ИЛИ. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы процесса формирования управляющих сигналов в устройстве в нормальном режиме сети и при возникновении однофазного замыкания на землю соответственно. Устройство содержит присоединительный трансформатор 1, дроссель 2, емкость сети 3, трансформатор напряжения 4, понижающий трансформатор 5, конденсаторы 6.1 - б.п, симисторные ключи 7.1 - 7.П, блоки запрета противовключения конденсаторов 8.1 - 8.П, автоматический регулятор настройки компенсации 9, блок кодирования команд управления 10, логические элементы И 11.1 - 11.п и бло- ; ки управления симисторными ключами 12.1 -12.п. Дроссель 2 включен между нулевой точкой трансформатора 1 и землей. Параллельно ему подключен понижающий трансформатор 5, ко вторичной обмотке которого подсоединены конденсаторы 6.1 - 6.ц, через симисторы 7.1 - 7.п. Емкости конденсаторов выбраны по закону геометрической прогрессии (1:2:4:8 и т.д.), а их число Х определяется допустимой расстройкой компенсации. Управляющие входы симисторов 7 соединены через блоки управления 12с выхода-. ми логических элементов И 11, один вход которых связан с выходом блоков запрета противовключения конденсаторов 8, а другой - с выходом блока кодирования команд управления 10, который предназначен для преобразования дискретного сигнала, поступающего на его управляющие входы от регулятора 9, в цифровой двоичный код. На первые входы блоков 8 подается напряжение смещения нейтрали от вторичной- обмотки трансформатора 5, а на вторые входы - падение напряжения на симисторах 7, На выходе этих блоков формируются сигналы лишь в том случае, когда напряжение на зажимах симисторов меньше 15% фазного напряжения сети. Блок кодирования команд управления 10 состоит из генератора такто- i вых импульсов 13, логических элементов И 14 и 15 и f -разрядного реверсивного двоичного счетчика 16 .На первые входы логических элементов И 14 и 15 поступают управляющие сигналы от регулятора 9 (П - перекомпенсация и Н - недокомпенсация), а на вторые входы этих элементов - импульсы от генератора 13. Выходы элементов 14 и 15 подключены к-входам прямого и обратного счета элемента 16 соответственно, выходы которого являются выходами блока 10.

Каждый блок запрета противовключения конденсаторов 8 включает два пороговых элемента 17 и 18, расширитель импульсов 19, инвертор 20 и логический элемент ИЛИ 21.

В пороговом элементе 17 происходит сравнение сигнала, поступающего с первого входа блока 8, с опорным напряжением, равным по величине 15% фазного напряжения сети. Напряжение сигнала с выхода элемента 17 через блоки 19 и 20 поступает на один из входов логического элемента ШШ 21. Пороговьй элемент 18 соединен со вторым входо блока 8. При равенстве нулю напряжения на входе элемента 18 появляется сигнал на его выходе. Этотсигнал подается на другой вход логического элемента ИЛИ 21, вход которого является выходом блока 8.

В качестве регулятора 9 может быть применен любой регулятор автоматической настройки заземлякицего реактора, формирукяций при расстройке компенсации сигнал логической единицы на одном из своих выходов. Измерительные входы данного регулятора подключены ко вторичным обмоткам трансформатора напряжения 4, а выходы П (перекомпенсация) и Н (недокомпенсация) соединены с выходами блока кодирования команд управления. Симисторные ключи 7.1 - 7.П управляются постоянным ,напряжением от блоков управления си№1сторными ключами 12.1 - 12.п, которые усиливают поступаюпщй на их вход сигнал логической единицы.

Работа устройства в нормальном режиме иллюстрируется временными диаграммами, приведенными на фиг. 2 где выходные сигналы блоков устройства обозначены цифровыми индексами, соответствующими их номерам согласно фиг. 1.

За исходное состояние схемы принята резонансная настройка системы компенсации. При этом на выходах регуляторов 9 отсутствуют сигналы расстройки компенсации и несмотря на то, что блок 13 генерирует тактовые импульсы, счетчик 16 находится в устойчивом состоянии. В результате на его выходах зафиксирован код 0-0101, соответствующий моменту исчезновения сигнала расстройки компенсации от регулятора 9 и, как слествие, исчезновению входных счетных импульсов. В соответствии с эти кодом включен набор конденсаторов, суммарная емкость которых определяется разностью реактивных сопротивлений сети и заземляющего реактора 2. Так как в указанном режиме сети напряжение нейтрали U не превышает 15% фазного напряжения сети, то на выходе порогового элемента 17, контролирующего превьшение мгновенного значения этого напряжения над опорным напряжением UQ,, присутствует сигнал логического нуля. Вследствие этого, на выходах блоков 8.1 - 8.п постоянно присутствует сигнал логической единицы.

При возникновении перекомпенсации в момент времени t, на выходе П регулятора 9 появляется сигнал логической единицы, поступающий на вход элемента И 14. В результате на входе прямого счета счетчика 16 появляются счетные импульсы, в соответствии с числом которых меняется его вькодной код. Изменение выходного кода в блоке 10 обуславливает процесс переключения конденсаторов, которьй заканчивается в момент времени t2, «огда исчезает сигнал расстройки от регулятора 9, т.е. при достижении резонансной настройки компенсации.

В случае возникновения недокомпенсации в момент времени t на выходе Н регулятора 9 появляется синал логической единицы, и на выходе обратного %чета элемента 16 появляются счетные импульсы. Процесс переключения конденсаторов происходит в сторону уменьшения их суммарной емкости и заканчивается в момент времени t..

В режиме однофазного замыкания на землю все элементы гстройства работают аналогично нормальному режиму за исключением блоков 8.1 - 8.п запрета противовключения конденсаторов. Для упрощения на фиг. 3 показано управление первой группой конденсаторов. В этом режиме напряжение нейтра ли выше опорного напряжения Ugn и момент времени t. на выходе порогового элемента17.1 появляются им пульсы, которые расширителем импул сов 19.1 преобразуются в сигнал логической единицы. В результате с выхода блока 8.1 сигнал исчезает. Одновременно в пороговом элементе 18.1 блока 8.1, происходит сравнение напряжения нейтрали U и -остаточного напряжения заряда конденса торов И (фиг. 3). При достижении равенства мгновенных значений этих напряжений в момент времени на выходе порогового элемента 18.1 формируется единичный импульсный с нал, поступающий на вход элемента ИЛИ 21.1, и на выходе блока 8.1 появляется разрешающий сигнал. Длительность его определяется временем совпадения мгновенных значений напрйжений на конденсаторе и н

J 1 1 I t

1 78 нейтрали сети. При совпадении во времени этого сигнала с управляющим сигналом от блока 10 в момент времени tg на управляюпщй вход симистора 7.1 подается напряжение и симистор включается. При исчезновении управляющего сигнала на выходе блока 10 исчезает сигнал с управляющего входа симистора, и при ближайшем переходе тока i через нуль симистор отключается. Аналогичным образом происходит коммутация конденсатора 6.1 при последующем поступлении управляющего сйгнала с выхода блока 10. Таким образом, применение в предлагаемом устройстве блока противовключения конденсаторов исключает выход из строя симисторов и предотвращает возникновение паренапряже ний в электрической сети. За счет введения в устройство понижающего транс-; форматора и замены аналого-цифрового преобразователя блоком кодирования команд управления достигается существенное удешевление устройства.

cpue.2

ii iz

fH

jUK

и,

on

5; 6/ч A/A J ., V V/ V/

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОШЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее включенньй между нулевой точкой сети и землей дроссель, параллельно которому через симисторные ключи присоединены конденсаторы, емкости которых выбраны по закону геометрической прогрессии, блойи управления симисторными ключами, выходы которых подключены на управлякяцие входы сшЫсторных ключей, регулятор автоматической настройки компенсации, к выходу которого подключен блок кодирования команд управ ления, соединенньй с блоками управления симисторными ключами, о тличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы симисторов и упрощения устройства, оно снабжено блоками запрета противовключения конденсаторов, логическими элементами И, а блок кодирования команд управления вьтолнен в виде генератора тактовых импульсов, двух логическихэлементов И и N-разрядного реверсивного дв.оичного счетчика, подключенного входами к выходам логических элементов И, первые входы которых соединены с выходами регулятора автоматической настройки компенсации, а вторые входы - с выходом генератора тактовых импульсов, выходы N -разрядного реверсивного двоичного счетчика через вышеназванные логические элементы И соединены с блоками управления симисто|)ными ключами, на вторые входы логических элементов И подключены блоки запрета противовключения конденсаторов, входы которых подключены на напряжения нейтрали и напряже- - НИИ на конденсаторах. 2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся. тем, что последовательно включенные конденсаторы и симисторные ключи подключены параллельно дросселю через понижающий трансформатор. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый блок запрета противовключения конденсаторов вьшолнен в виде двух пороговьк элементов, расширителя импульсов, инвертора и логического элемента ИЛИ, причем вход первого порогового элемента подключен на напряжение нейтрали, а выход через расширитель импульсов и инвертор на один из входов логического элемента ИЖ, вход второго порогового элемента связан с напряжением на симисторном ключе, а выход - с другим входом логического Элемента ИЖ.

Ыппп1ппппг1|ппппппппппппппп

/7,19i. 20,.

JJ

M

u.

-

/z7;/tf,. .

1 и r

JLJ:

i

(pae.3