Устройство для компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю Советский патент 1985 года по МПК H02H9/08 

теля, а управляющие входы - соответственно с вторым, третьим и четверты выходами блока выбора поврежденной фазы, шестой ключ-включен между RS-триггером и управляюпщм входом блока управления реактором, а управляющие входы первого, второго и шестого ключей подключены-к соответствующим выходам блока определения режима сети, выход первого счетчика соединен с установочным входом второго счетчика, а выход второго счетчика - с установочным входом первого счетчика, первЬй и пятьй выходы блок выбора поврежденной фазы соединены соответственно с вторым и третьим входами блока определения режима сети, четвертьй выход которого подключен к блокирующему входу блока управления реактором, первьй вход блока определения режима сети и вход шестого формирователя прямоугольных импулсов соединены с обмоткой напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения режима сети содержит три преобразователя переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению, фильтр основной частоты логический элемент НЕ, логический элемент ИЛИ, три логических элемента И и один логический элемент ЙНЕ, причем к первому входу блока определения режима сети подключены

входы первых двух преобразователей переменного напряжения в логический

сигнал, к второму входу - вход фильтра основной частоты, а. к третьему входу подключены вход логического элемента НЕ и первый вход логического элемента ИЛИ, выход логического эле- . мента НЕ соединен с первым входом первого логического элемента И, неинверсньй выход первого преобразователя переменного напряжения в-логический сигнал соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ и с первым входом третьего логического элемента И, а его инверсный вход - с BTopbw входом первого логического элемента И,Аеинверсный выход второго.преобразователя переменного напряжения в логический сигнал соединен с первым входом второго логи,ческого элемента И, а инверсный выход с вторым входом третьего логического элемента И, неинверсный выход третьего преобразователя переменного напряжения в логический сигнал соединен с первым входом логического элемента И-НЕ, а инверсньй выход с вторым входом второго логического элемента И, выход логического элемента ИЛИ соединен со вторым входом логического элемента И-НЕ, выходы первого, второго и третьего логических элементов И и логического элемента И-НЕ соединены соответственно с четырьмя выходами блока определения -режима сети.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ, содержащее дискретный дугогасящий реактор, одинвьшод которого подключен к нейтрали трансформатора, подсоединенного к-сети, .а второй вывод/ ерез трансформатор тока - к земле, блок выбора повреждергной фазы, подключенньй к обмоткам фазных напряжений трансформатора напряжения, последовательно соединенные подключенный к обмотке нулевой последовательности трансФорматора напряжения первый фазосдвигающий блок, первые формирователь прямоугольных импульсов и фазочувствительный элемент, последовательно соединенные подключенный к первому, выходу блока выбора.поврежденной фазы первый фильтр основной частоты и второй формирователь прямоугольных,импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого фазочувствительного элемента, последовательно соединенные под- ; ключенный к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения второй фазосдвигающий блок,, т)етий формирователь прямоугольных импульсов, второй фазочувствительный элемент, последовательно соединенные подключенньй к обмотке нулевой последовательности трансформатора напряжения второй фильтр основной частоты, четвертьй формирователь прямоугольных импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго фазочувствительного элемента, а также подсоединенньй одним входом к трансформатору тока блок управления реактором, отличающееся тем, что, i с целью повьшения точности настройки и надежности сети, в него введены СЛ блой определения режима сети, шесть .ключей, последовательно соединенные усилитель, третий фазосдвигающий блок, пятьй формирователь прямоугольных импульсов, первый формирователь коротких импульсов на передний и задний фронт, первьй логический эле(;о мент И,.первьй счетчик импульсов, RS-триггёр, последовательно соединенные шестой формирователь прямоугольнь1Х импульсов, второй формиро.ватель коротких импульсов на передний и задний фронт, второй логический элемент И, второй счетчик импульсов, выход которого соединен с вторым входом RS-триггера, причем выходы фазочувствительных элементов соедине/ ны с управляющим входом блока управления реактором соответственно через, первый и второй ключи, три следующих ключа подключены к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения, их.выходы соединены с входом усили

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области электрических сетей.

Цель изобретения - повышение точности настройки компенсации и надежности сети.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю; на ф«гг. 2 - функциональная схема блока выбора, поврежденной фазы; на фиг. 3 - функциональная схема блока определения режима сети; на фиг. 4 - стилизованная диаграмма напряжений блока выбора поврежденной фазы и блока определения режима сети; на фиг. 5 - функциональная схема блока управления дискретным дугогасящим реактором.

К электрической сети подключен трансформатор 1, между нейтралью которого и землей включены последовательно соединенные дискретный дугогасящий реактор 2 и трансформатор 3 тока. К реактору подключен блок 4 управления реактором, управляющий его ключами. К обмотке, соединенной в звезду трансформатора 5 напряжения сети, подключенблок 6 выбора поврежденной фазы. Между обмоткой нулевой последовательности трансформатора 5 напряжения и управляющим входом блока 4 управления реактором включены последовательно соединенные первые фазосдвигающий блок 7, формирователь 8 прямоугольных импульсов,

фазочувствительньй элемент 9 и ключ 10. Между первым выходом блока 6 выбора поврежденной фазы и вторым входом фазочувствительного элемента 9 включены последовательно первьш фильтр 11 основной частоты и второй формирователь 12 прямоугольных импульсов. Между обмоткой, соединенной в звезду, трансформатора 5 напряжени и управляющим входом блока 4 управления реактором последовательно включены .второй фазосдвигающий блок 13,третий формирователь 14 прямоугольных импульсов, второй фазочувствительный элемент 15 и второй ключ 16. Между обмоткой нулевой последовательности трансформатора 5 напряжения и вторым входом фазочувствительного элемента 15 последовательно включены второй фильтр 17 основной частоты и четвертый формирователь 18 прямоугольных импульсов. К соответствующим выходам блока 6 выбора поврежденной фазы подсоединены три ключа 19 21, выходы которых подключены к входу усилителя 22. Последний соединен с управляющим входом блока 4 управления реактором через последовательно соединенные: третий фазосдвигающий блок 23, пятый формирователь 24 прямоугольных импульсов, первьй формирователь 25 коротких импульсов на передний и задний фронт, первый логический элемент И 26, первьй счетчик 27 импульсов, RS-триггер 28 и шестой ключ 29. Между обмоткой нулевой последовательности трансформатора 5 напряжения и вторым входом RS-триггера 28 последовательно включены шестой формирователь 30 прямоугольньк импульсов, второй формирователь 31 коротких импульсов на передний и задний фронт, второй логический элемент И 32 и второй счетчик 33 импульсов. К той же обмотке трансформат.ора 5 напряжения подключен блок 34 определения режима сети, соответствующие выходы его соединены с управляющими входами первого, второго, шестого ключей и блокирующим входом блока 4 управления реактором. - .

Блок 6 содержит три преобразователя 35 - 37 переменного напряжения

в логический сигнал с уставками по напряжению, три логических элемента И 38 - 40, логический элемент ИЛИ 41, блок 42 времени, ключи 43 - 45 и усилитель 46.

Блок 34 определения режима сети содержит три преобразователя 47 - 49 переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению, фильтр 50,основной частоты, логический элемент НЕ 51, логический элемент ИЛИ 52, три логических элемента И 53 - 55 и логический элемент И- НЕ .56. Блок 4 управления дискретным дугогасящим реактором содержит последовательно соединенные триггер 57 направления, логический элемент И 58, реверсивньй счетчик 59. К выходу последнего подключены три дешифратора: грубо 60, точно 61 и точнее 62,

которые соединены с блоком 63 формирования управляющих сигналов. Последовательно включены также формирователь 64 прямоугольных импульсов, делитель 65 и логический элемент И 66. В схеме имеется также ограничитель 67 счета. Блок 63- формирования управляющих сигналов предназначен для. усиления по мощности передаваемого сигнала и согласования па:раметров силовых цепей тиристоров реактора и цепей

управления.,

Блок 6 выбора поврежденной фазы предназначен для определения поврежденной фазы сети при однофазном замыкании на землю и выделении напряжения в месте замыкания Uj и фазного напряжения поврежденной фазыиф„.

Блок 34 определения режима сети служит для распознавания режимов работы сети и получения соответствующих логических.сигналов, использование которых в системе компенса- : ции обеспечивает необходимый алгоритм ее работы. Рассмотрим работу двух этих блоков в целом при различных режимах работы сети.

Напряжения фаз сети Пд, Ug, Uj, (фиг.. 2) относительно: земли подаются на преобразователи 35 - 37 переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению 0,2иф и на основные входы ключей 43 - 45, а напряжение нейтрали подается на два преобразователя 47 и 48 (фиг.З) S переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению соответственно Um и 0,8 U. Уставка по напряжению преобразовате ля 49 равнА 0,005 и,р. Если входные напряжения преобразователей меньше напряжения уставок, то их выходные сигналы равны логическому нулю, при превьше:нии напряжения уставок логической единице. Выбранные уставк обеспечивают.изменение: выходного сигнала одного- из преобразователей 35-37 только при возникновении в электрической сети однофазного замыкания на землю ЛОЗЗ) или исчезновении напряжения на одной из фаз (обрьше фазы - ОФ); выходных сиг налов преобразователей 47 и 48, которые позволяют формировать команду управления для настройки системы компенсации при горении перемежающей ся заземляющей дуГи, когда напряжение нейтрали U изменяется практически от фазного значения до нуля; выходного сигнала преобразователя.4 при возникновении металлического одн фазного замыкания на. землю. Сигналы Б с инверсных выходов пр образователей 35 - 37 подаются на входы логических элементов И одноименных фаз (соответственно 38 - 40 и на входы логического элемента ШШ а сигналы F с неинверсных выходов на логические элементы И отстающей и опережающей фаз. Такая схема соед нений в нормальном режиме работы электрической сети обеспечивает запрет логических элементов И от преоб разователей одноименных фаз, а при возникновении однофазного замыкания на землю или обрыве фазы - разрешени для логического элемента поврежденной фазы и подтверждение запрета для логических элементов здоровых фаз. В нормальном режиме (HP) сигнал Z (фиг. 2) на выходе логического элемента ИЛИ 41 равен логическому нулю, а.при возникновении однофазного замыкания на землю или обрыве фазы - сразу становится равным логической единице. Для отстройки от апериодической составляющей тока замыкания на землю, искажающей информацию о настройке ком пенсации, используется блок 42 времени,которой обеспечивает задержку сиг нала Z на время, равное 0,2 - 0,5 с. Когда сигнал Z становится равным логической единице, снимается запрет 1 на четвертом входе логического элемента И поврежденной фазы и на его выходе появляется сигнал,- открывающий соответствующий ключ(один из 43,. 44, 45), благодаря чему на выходе усилителя 46 появляется напряжение поврежденной фазы Ui в аналоговой форме. Для вьщеления основной гармоники U ИЗ сигнала Un используется фильтр основной частоты 50 (фиг 3). Сигнал N (фиг. 3) на неинверсном выходе преобразователя 47 в нормальном режиме равен логическому нулю. При превышении напряжением величины 0,2 Um он становится равным логической единице. Аналогичным образом изменяется сигнал К на неинверсном выходе преобразователя 48, но при превыщении напряжением нейтрали Ujj величины 0,8 Ug,. Сигнал М на неинверсном выходе, преобразователя 49 становится равным логическому нулю, когда напряжение U, поврежденной фазе становится меньше 0,005 U При таких величинах напряжения U, возможно искажение информации о настройке компенсации вследствие малости самого сигнала. Для формирования сигналов, характеризующих определенные состояния электрической сети и которые используются для-управления отдельными функциональными каналами (блоками системы компенсации), используются .логические элементы ИЛИ 52, И 53 55 и И-НЕ 56, на входы которых подаются определенные сочетания логических сигналов (фиг. 3). Для выявления нормального режима используется логический элемент И 53, на входы кото рого подаются логические сигналы Z и N. В нормальном режиме эти сигналы равны логическим единицам, следовательно, и. выходной сигнал Н логического элемента И 53 будет равен логической единице (фиг. 4). Аналогично для выявления однофазного замыкания на землю через переходное сопротивление используется логический элемент И 54, на два входа которого подаются логические сигналы К и М (его выходной сигнал - Е); переходного процесса при горении перемежающейся заземляющей дуги используется логический элемент.И 55, на два входа которого подаются логические сигналы N и К (его выходной сигнал - D), и металлического одно фазного замыкания на землю и обрьш фазы сначала используется логически элемент ИЛИ 52, на два входа котор подаются логические сигналы Z и N (его выходной сигнал L) Далее сигнал Ь совместно с логическим сигналом М подается на входы логическог элемента И-Ж 56, выходной сигнал которого - Р. Таким образом, значение сигнала будет равно логической единице толь в нормальном режиме работы сети (Ug40,2 Urn). Сигнал Е будет иметь значение логической единицы только в режиме устойчивого однофазного замыкания через небольшое сопротивление (и.уО.б и,,; 0,2 . 0,005 и). Т г Э Сигнал D будет иметь значение логической единицы только в режиме переходного процесса (0,8 UQ,UQ 0, ,). , Сигнал Р будет иметь значение . логического нуля только в двух реж мах: при металлическом однофазном замыкании на землю (,8 Um, и.0,005 Uqj) и при обрыве одной ., Т . из фаз, Полученные логические сигналы Н Е, D и Р далее используются в системе автоматической компенсации. Блок 4 управления реактором работает как интегрирующее устройство. При поступлении от трансформатора 3 тока на его вход синусоидального сигнала (напряжения) он преобразуется в прямоугольные импульсы с помощью формирователя 64 прямоугольных импульсов. Полученные 1мпульсы делятся с помощью делителя 65 и через один из логи-ческих элементов И 58 или 66 прямо угольные импульсы пониженной часто ты воздействуют на вход прямого ли обратного счета реверсивного счетчика 59. Последний изменяет свои состояния. Через дешифраторы 60 62 и формирователь 63 сигналы пост пают на выход блока управления реа тором. Они переключают ключи дугогасящегО реактора, в результате ме няется его индуктивность. Например если счетчик 59 импульсов работает на сложение, то индуктивность дугогасящего реактора увеличиваетс а если на вьшитание, то инДуктив1ность реактора уменьшается. Направление счета реверсивного счетчика 59 импульсов определяется состоянием триггера 57 направления. При изменении состояния указанного триггера входным импульсом меняется направление счета реверсивного счетчика 59. В случае, когда реверсивный счетчик 59 достигнет одного из своих предельных состояний, то ограничитель 67 запретит прохождение импульсов через логические элементы И 58 . и 66, поэтому индуктивность реактора меняться не будет. При изменении же состояния триггера 57 направления запрет ограничителем 67 снимается и реверсивньш счетчик 59 будет вновь считать импульсы (но уже в другом направлении). При расстройке компенсации триггер 57 направления находится в состоянии, соответствующем знаку раС7 стройки компенсации, и обусловливает изменение индуктивности реактора в сторону резонансной- настройки.При резонансной настройке компенсации триггер 57 направления будет периодически реверсироваться, а в системе возникнет автоколебательный режим около точки резонансной настройки. Формирователи 25 и 31 коротких импульсов на передний и задний фронт предназначены для формирования коротких импульсов по переднему и заднему фронтам прямоугольных сигналов. Они состоят из двух известных формирователей коротких импульсов (на передний и задний фронты), выходные сигналы которых проходят через дополнительный логический элемент И. Формирователи служат для увеличения информации за один промежуток времени (например, за период промьшшенной частоты) в два раза. Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме сети блок 34 определения режима сети на выходе вьщает нулевые сигналы Е, D и единичный сигнал Н, который замыкает второй ключ 16. На входы фильтра 17 и фазосдвигакицего блока 13 подаются соответственно напряжение нейтрали U0 и опорное напряжение U , в качестве которого используется одно из линейных напряжений, снимаемое с НТМИ. Фазочувствительный элемент 15 осуществляет настройку дуго гасящего реактора 2 по фазе между указанными напряжениями. Резонансной настройке соответствует нулевой угол между напряжениями Uj, и UQ . При однофазном замыкании на землю через небольшое сопротивление блок 3 определения режима сети выдает на выходе нулевой сигнал Н, D и единичный сигнал Е. Соответственно ключ 10 замыкается, .а ключ 16 размьжается, На фазочувствительный злемент 9 через соответствующие блоки будут пода ваться напряжения поврежденной фа-. зы U-, с первого выхода блока 6 выбора фазы и напряжение нейтрали U с трансформатора 5 напряжения. Таким образом, в режиме устойчивого однофазного замыкания на землю будет ос ществляться настройка дугогасящего реактора 2 по фазе между указанными напряжениями. При резонансной, настройке угол между напряжениями и и будет равен нулю. Если при это в сети возникнет металлическое однофазное замыкание на землю и напряжениеJJj станет менее 0,5% то сигнал Р на выходе блока 34 станет нулевым и обеспечит запрет работы блока 4 управления реакто,ром. Последний будет помнить предшествующую настройку. Б результате индуктивность реактора 2 меняться не будет. При однофазном замыкании на земл через перемежающуюся дугу сигналы Н 1 110 и Е на выходе блока 34 будут нулевыми, а сигнал D станет равным логической единице и соответственно ключи 10 и 16 разомкнутся, а ключ 29 замкнется. На вход соответствующего канала (блоки 19 - 33) будут поступать напряжение нейтрали U, и фазное напряжение поврежденной фазы U через один из ключей 19 - 21. Этот ключ включается соответствующим выходным сигналом блока 6 выбора поврежденной фазы. При прохождении через нуль сигналов U и и „формируются короткие импульсы, которые просчитьшаются соответственно счетчиками 33 и 27. В зависимости от соотношения частот f„ и fp указанных напряжений один из счетчиков 33 или 27 просчитывает до заданного числа и установит в соответствующее состоя ние RS-триггер 29. Одновременно с этим он осуществит сброс в нулевое состояние другого счетчика. Сигнал с .выхода RS-триггера через ключ 29 поступит на управляющий вход блока 4 управления реактором и обеспечит изменение его индуктивности в сторону резонансной настройки. При зтом частота f будет изменятьприближаясь к частоте f, сети. ся, Резонансной настройке компенсации соответствует равенство частот f Применение устройства повьшает надежность работы сеТи.

.-Jj

35

4J

r

U

в

36

и.

37

бВПФ

i

r

41 42

Фиъ.2