Устройство для автоматической настройки дугогасящего реактора Советский патент 1986 года по МПК H02H9/08 

10

ts

20

25

11228182

Изобретение относится к электро- энергии, а именно к электрическим сетям трахфазного переменного тока с компенсированной нейтралью и может бьггь использовано для повьшения на- 5 дежности электроснабжения потребите- лей электрической энергией, степени автоматизации электрических сетей и безопасности их обслуживания.

Цель изобретения - расширение диапазона и повышение качества регулирования устройства.

На фиг. 1 изображена схема устройства для автоматической настройки дугогасящего реактора; на фиг. 2 - схема блока определения расстройки компенсации; на фиг. 3 - векторная диаграмма, поясняющая принцип изменения индуктивного тока.

Устройство для автоматической настройки дугогасящего реактора содержит дугогасящий реактор (ДГР) 1, имеющий высоковольтную основную обмотку 2 и вспомогательную низковольтную обмотку 3, причем высоко- вольная основная.обмотка 2 дугогася- щего реактора 1, генерирующая через землю индуктивный ток компенсации в точку однофазного замыкания, подсоединена через присоединитёльшлй трансформатор 4 к трехфазной сети 5. Трехфазнь5| трансформатор 6 напряжения, служащий датчиком фазных и линейных напряжений, а также напряжения смещения нейтрали, высоковольтной обмоткой присоединен к трехфазной сети 5, а низковольтными обмотками - к входам блока 7 детекторов, состоящего из двух фазовых и одного ча стотного детекторов, и к переклю- чакщему элементу 8 блока 9 определения расстройки компенсащ1и.

Пёреключакш91й элемент 8, включающий детекторы в зависимости от вида заг-блсания, также соединен с блоком 7 детекторов. Выход блока 7 детекторов соединен через усилитель 10 блока 9 определения расстройки компенсации с блоком 1 определения полярности сигнала, который своими въкокамк соединен с двухпозиционным трехвходовым ключом 12 блока 13 регулирования и запош1наиия.

Генератор 14 прямоугольных колебаний соединен с информационным входом двухпозиционногс) ключа 12, выход Увеличить которого соединен с прямым входом реверсивного четырехраз30

35

40

45

50

55

s

0

5

0

5

0

5

0

5

рядного счетчика 15, а выход Уменьшить - с инверсным входом счетчика. Выходы счетчика 15 соединены с входами силовых ключей 16 блока 13 регулирования и запоминания и с входами дифференцирующих цепей 17 задат- чика 18 режима работы тиристоров, выходы силовых ключей 16 соединены с входами релейно-запоминающего блока 19, блока 13 регулирования и запоминания, а выходы дифференцирующих цепей 17 через силовые ключи 20 соединены с входами релейно-запоминаю- щего блока 21 задатчика 18 режима работы тиристоров.

Выходы релейно-запоминающего бло- : ка 21, задатчика 18 режима работы тиристоров, и выходы релейно-запоми- нающего блока 19, блока 13 регулирования и запоминания подсоединены к входам блока 22 управления тиристоров через логическую cxebiy 23, представляющую собой совокупность кoнтaк тов релейно-запоминающих блоков 19 и 21 .

Блок 22 управления тиристоров содержит также преобразователь 24 переменного тока в постоянньй, слз жащий источником отпирающих сигналов для тиристорного ключевого блока 25, состоящего из включенных попарно встречно-параллельно управляющих тиристоров 26 и разрядных тиристоров 27, причем конденсаторы 28 и резисторы 29 соединены последовательно с управляклцими тиристорными парами 26 и параллельно- с разрядными тиристор- ными парами 27, а соединенные вмес- те катоды и аноды тиристорных пар 26 с одной стороны присоединены к первому выводу вспомогательной низковольтной обмотки 3 дугогасящего реактора 1, а с другой стороны - к одному из выводов конденсаторов 28. При этом другие выводы конденсаторов 28 соединены через резисторы 29 с втор№1 выводом вспомогательной низковольтной обмотки 3, к которой подключены также соединенные вместе катоды и аноды тиристорных пар 27, вторые вьгаоды которых соединены с первыми выводами конденсаторов 28. Задатчик 30 начального смещения нейтрали представляет собой высоковольтный конденсатор 31, соединенньй одним выводом с землей, а другим выводом через высоковольтный выключатель 32 - с одной из фаз трехфазной сети 5.

Схема блока 9 определения расстройки компенсации (фиг. 2) содержит блок 7 детекторов, переключающий . элемент 8, усилитель. 10. Блок 7 детекторов, состоящий из одного частотного 33 и двух фазовых 34 и 35 детекторов, присоединен к трехфазному трансформатору 6 напряжения. К трех- фазному трансформатору 6 напряжения присоединен также и переключающий элемент 8, состоящий из четьфех реле 36-39 напряжений с контактами соответственно 36.1-3.6.6; 37.1-37.5; 38.1-38.5; 39.1-39.5, которые в зависимости от режима сети подключают тот или иной детектор.

Частотный детектор 33 подключен к низковольтной обмотке трехфазного трансформатора 6 напряжения, соединенной в открытый треугольник, через LC-фильтр, не пропускающий сигнал на основной частоте 50 Гц.

На векторной диаграмме (фиг.З) изображены: U - напряжение смещения нейтрали сети, получаемое искусственно путем подключения к одной из фаз сети дополнительной емкости или естественным образом в режиме однофазно- го замыкания; Ij - ток в высоковольтной обмотке ДГР, обусловленный напряжением Од при отключенных .от низковольтной обмотки ДГР конденсаторах тиристорно-резисторно- конденсаторног ключевого блока (ТРКБ); Г - ток в высоковольтной обмотке ДГР при включенном одном или нескольких конденсаторах ТРКБ; и - напряжение, трансформирующееся в низковольтную обмот

ку ДГР в результате приложения к его высоковольтной обмотке напряжения смещения нейтрали UQ; i - ток в одном или нескольких включенных конденсаторах ТРКБ, обусловленный напряже- нием Uy; IJ - емкостный ток, трансформирующийся в высоковольтную обмотку ДГР из низковольтной обмотки, обусловленный током 1.

Устройство для автоматической ;настройки дугогасящего реактора с дискретным изменением индуктивного тока работает следующим образом.

При замыкании одной из фаз сети на землю напряжение смещения нейтра- ли Uo, прикладывающееся к ДГР 1, обуславливает появление в его высоковольтной обмотке 2, подключенной

5 5

0

5

через присоединительный трансформатор 4 к сети 5, индуктивного тока 1 который при правильной настройке ДГР полностью компенсирует емкостный ток однофазного замыкания.

Поскольку в результате аварийных отключений и оперативных переключений емкость сети, а следовательно, и ее емкостный ток изменяются, то для обеспечения нулевой расстройки компенсации необходимо автоматическое изменение и значение индуктивного тока 1ц ДГР. Информация о расстройке компенсации в данном устройстве извлекается путем сравнения фазы напряжения смещения нейтрали и линейного напряжения сети в нормальном режиме или напряжении поврежденной фазы в режиме бездугового однофазного замыкания на землю, которые снимаются с вторичных обмоток измерительного трансформатора 6 напряжения, в блоке 9 определения расстройки компенсации, а именно в фазовых детекторах 7 этого блока. Эта же информация в режиме однофазного замыкания через дугу определяется в блоке 9 при помощи частотного детектора 33 блока 7 детекторов.

Подключение к измерительному трансформатору 6 напряжения того или иного детектора в зависимости от вида режима осуществляется элемелтом 8 переключения, представляющим собой четыре реле минимального напряжения, три из которых включены на.фазные напряжения, а четвертое через фильтр- пробку 50 Гц (для того, чтобы реагировать только на высшие гармоники, обусловленные дугой) - на напряжение смещения нейтрали.

С выхода детекторов 7 сигнал, пропорциональный расстройке компенсации, усилившись в усилителе 10 блока 9 определения расстройки компенсации, поступает на вход определения полярности сигнала блока 11, представляющего собой дифференциальный усилитель, в плечи которого включены реле.

В зависимости от знака сигнала, пропорционального расстройке компенсации, появляется сигнал на выходе + или - блока 11. Этот сигнал управляет трехвходовым двухпозицион- ным ключом 12 б;лока 13 регулирования и запоминания. Последовательность прямоугольных импульсов, поступающая

на информационный вход ключа 12 от генератора прямоугольных колебаний 14, появляется на выходе Увеличить ключа 12 при наличии сигнала + (не- декомпенсация) на выходе блока 11, а на выходе, Умножить - при наличии сигнала - (перекомпенсация),

Последовательность прямоугольных импульсов, поступая через ключ 12 на прямые (с выхода Увеличить) входы четьфехразрядного реверсивного счетчика, изменяет его состояние на единицу при поступлении каждого импульса, осуществляя счет от 0000 до 1111 (16 комбинаций). Силовые ключи 16 усиливают по мощности единичные сигналы, поступающие с выхода счетчика и возбуждают реле запоминающего . устройства (ЗУ) 19, контакты которых входят в блок 22 управления тиристорами в виде логической схемы 23, которая подключает преобразователь 24 переменного тока в постоянный к управляющим электродам тиристорных пар 26, обеспечивая их отпирание.

При отпирании какой-либо пары тиристоров 26 напряжение Uy, трансформированное в низковольтную вспомогательную обмотку 2 ДГР при появлении напря Кения смещения нейтрали U на высоковольтной обмотке 2, прикладывая сь к конденсатору 28, вызывает появление в нем, а следовательно, и в обмотке 2 ДГР емкостного тока 1 , который транс формируется в высоковольтную обмотку тока ij. , который трансформируется в высоковольтную обмотку в виде тока I. Ток I компенсирует часть индуктивного тока 1ц высоковольтной обмотки 2 ДГР 1, доводя его значение до I.

Включая при помощи тиристорньпГ управляющих ключей 26 различные сочетания конденсаторов 28, мощности которых будучи в сзгмме равными половине мощности высоковольтной обмотки ДГР (это обеспечивает глубину регулирования, равную 2), относятся как 1:-2:4:8

можно обеспечить изменение тока 1.

высоковольтной обмотки в диапазоне

значений I от 0,5 Ij. до 1 через 3,33%, Например, для ДГР Tima ЗРОМ мощностью 300 кВ А, в высоковольтной обмотке которого при приложении фазного напряжения 6 кВ (сеть 10 кВ) протекает ток 50 А, при подключении к вспомогательной обмотке напряжением 0,6 кВ (коэффициент трансформации 10)

четьфех конденсаторов с мощностями 10,20,40 и 80 кВ А в сочетаниях 0;; 10; 20; 30 кВ-А и т.д. до 150 кВ А пределы изменения тока будут 50; 48,34; 46,68; 45,02 А и т.д. 25 А. Поскольку расстройка компенсации допустима в пределах ±5% то устройство при любых изменениях емкости сети и ее емкостного тока будет обеспечивать настройку ДГР в пределах расстроек, не превышающих допустимые.

Как только найдено сочетание конденсаторов, обеспечивающее попадание расстройки компенсации в допустимую зону (±5%), сигнал на выходе усилители 10 блока определения расстройки компенсации становится меньшим порогового уровня блока 11, что приводит к исчезновению сигнала на выходах блока 11, а следовательно, и к запиранию обоих каналов двухпозиционного ключа 12 блока 13 регулирования и запоминания.

В результате этого последовательность прямоугольных импульсов пере- стает поступать на счетчик 15, последняя комбинация нулей и единиц которого запомнится релейными элементами ЗУ 19, контакты которых в логической схеме 23 удерживают во включенном состоянии найденное оптимальное сочетание управляющих пар тиристоров 26 до тех пор, пока в результате каких-либо переключений не изменяется емкость сети.

Благодаря тому, что блок 9 определяет не только значение, но и знак расстройки, а реверсивный счетчик 15 при помощи двухпозиционного ключа 12 реагирует на этот знак процесс регулирования тока ДГР всегда осуществляется только в сторону уменьшения расстройки компенсации, что исключает возможность увеличения перенапряжений в процессе регулирования ДГР и усиления, зажиганий дуги, т.е. п6- зьш1ает качество регулирования.

Поскольку ток в конденсаторах опережает приложенное напряжение на 90°, а тиристор запирается при переходе тока через нуль, в процессе регулирования на конденсаторах отключающихся плеч ТРКБ будет оставаться амплитудное значение напряжения вспомогательной обмотки 2 ДГР 1. При новом включении заряженного конденсатора в его цепи появляется переходнал составляющая, которая при включении на противофазное напряжение обмотки 2 ДГР 1 обуславливает появ-. ление в тиристоре тока двойной ам- плитуды. Поскольку активное сопротивление контура мало, то этот ток затухает достаточно долго, искажая условия резонансной настройки ДГР. Для предотвращения этого явления в ТРКБ предусмотрена цепь -разряда конденсаторов 28 на низкоомные резисторы 29 через разрядные тиристоры 27 в период пребьшания управляющих тиристоров 20 в запертом состоянии.

I.

Разряд конденсатора даже мощностью 80 кВ А на нихромовьй резистор сопротивлением О,2 Ом заканчивается за 0,5 мс, в то время как минималь- . ный период переключения управляющего тиристора равен 10 мс (полпериода промьшшенной частоты 50 Гц). Для того, чтобы разрядные тиристоры включались в работу только на время разря- да конденсаторов, отключающий сигнал на их управляющие электроды подается только в промежуток времени, в течение которого импульс, формируемый дифференцирующей цепью 17 по заднему фронту единичного импульса счетчика t5, превьщ ает порог срабатьюания силового ключа 20. Поскольку от заднего фронта единичного г-шпульса счетчика 15 до момента запирания соответствующего управляющего тиристора мо- жет пройти время, равное tO мс (полпериода промьшшенной частоты), то во .избежание короткого замыкания обмотки 2 через не успевший закрыться управЛяюпщй тиристор 26 и, открывшийся разрядный тиристор 27 этого же конденсатора 28, необходимо, чтобы о заднего фронта единичного импульса счетчика 15 до момента срабатывания соответствующего реле в релейно-за- поминающем блоке 21 протяло время t, большее 10 мс. Поскольку время t за паздьшания срабатьгоания реле зависит как от времени собственного срабатывания реле, так и от времени нараста ния фронта выходного импульса дифференцирующей цепи 17 до значения, равного порогу отпирания ключа 20, т варьируя этими параметрами всегда : можно получить значение t, больщее 10 мс. Собственное время срабатыва- ния реле всегда можно изменить в нуж нык пределах подключением конденса

5 0 5

n s

тора параллельно его обмотке. Для того, чтобы включедие управляющего тиристора 26 не происходило до включения разрядного тиристора 27 этой же цепи, необходимо устанавливать период следования импульсов генератора 14, изменяющих состояние счетчика 15, не меньшим 30 мс.

Начальное смещение нейтрали, необходимое для измерения расстройки компенсации фазовым методом в нормальном режиме функционирования сети 5, задается задатчиком 30, основным элемен- том которого является высоковольтный конденсатор 31, подключение которого через выключатель 32 к одной из фаз сети создает несимметрию емкостей фаз относительно земли, обусловливающую появление на нейтрали сети напря-. жения смещения U .

Эффективность предлагаемого уст- .. ройства заключается в том, что при изменении емкости сети и поиске новых условий резонанса оно исключает возможность перевода ДГР в режим расстроек больЕшх, чем возникшая и этим самым исключает возможность увеличения перенапряжений в сети и зажиганий дуги в процессе регулирования, которые всегда приводят к разрушению изоляции здо ровьпс фаз сети на ее ослабленных участках.

Формула изобрете. ния

Устройство для автоматической настройки дугогасящего реактора, имеющего высоковольтную основную и низковольтную вспомогательную обмотки с дискретным изменением индуктивного тока, содержащее тиристорный ключевой блок, выходы которого соединены с блоком управления тиристорами, блок регулирования и запомннанил, содержащий релейно-запоминающий блок, выхо- ды которого соединены с блоком управления тиристорами, двухпозицион- ный трехвходовый ключ и генератор прямоугольных кодебаний, причем ход генератора соединен с информационным входом указанного ключа, блок определения полярности сигнала, вы ходы которого соединены с управляющими входами двухпознционного ключа блока регулирования и запоминания, трехфазный трансформатор напряжения, высоковольтная обмотка которого соединена с фазами сети, о т л и - чающееся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения качества регулирования, оно снабжено блоком определения расстройки компенсации, задатчиком режима работы тиристоров, задатчиком начального смещения нейтрали сети, блок регулирования и запоминания снабжен ревер- сивным четырехразрядным счетчиком, силовыми ключами, блок определения расстройки компенсации состоит из двух фазовых и одного частотного детекторов, переключающего элемента, состоящего из четьфех реле напряжения, три из которых подключены к фазным напряжениям, четвертое через LC-фильтр - к напряжению смещения нейтрали, выходы первых трех реле соедийены с фазовыми детекторами, определякмцими расстройку компенсации в нормальном режиме и в режиме бездугового однофазного замыкания на землю, выход четвертого реле соеди- нен с частотным детектором, опреде- ляюиа1м расстройку компенсации в режиме однофазного замыкания через пе- ремежаямцуюся дугу, выходы детекторов через усилитель блока определения расстройки компенсации соединены с блоком определения полярности сигнала, задатчик режима работы тиристоров состоит из дифференцирующих цепей, выходы которьк через силовые ключи соединены с peлeйнo-зaпo шнa- Ю1ЦНМ блоком, выход Увеличить двух- позиционного ключа соединен с прямым

входом реверсивного четьфехразрядно- го счетчика, с инверсным входом которого соединен выход Уменьшить двух- позиционного ключа, выходы счетчика соединены с входами силовых ключей блока регулирования и запоминания и с входами дифференцирующих цепей задатчика режима работы тиристоров, выходы силовых ключей соединены с входами релейно-запоминающего блока, блока регулирования % запоминания, выходы релейно запоминающего блока задатчика режима работы тиристоров соединены с входами блока управления тиристоров, тиристорный ключевой блок состоит из тиристоров, включенных попарно встречно-параллельно, конденсаторов и резисторов, причем соединенные вместе катоды и аноды одних тирис торных пар с одной стороны присоединены к первому вьшоду вспомогательной низковольтной обмотки, дугогасяще- го реактора, а с другой стороны - к одному из вьшодов конденсаторов, при этом другие выводы конденсаторов соединены через резисторы с вторым вьгао- дом вспомогательной обмотки дугогася- щего реактора, к которому подключены также соединенные вместе катоды и аноды других тиристорных. пар, вторые выводы которых соединень с первыми, вьшодами конденсаторов, задатчик начального смещения нейтрали.состоит из конденсаторов и выключателя, причем один вывод конденсатора-соединен с землей, а другой вьшод через выключатель подключен к одной из фаз сети.

25

загк W

.2

J

ч.

устройство для автоматической настройки дугогасящего реактора может быть использовано в электрических сетях трехфазного переменного тока с компенсированной нейтралью. Устройство позволяет расширить диапазон и повысить качество регулирования за счет введения блока определения расстройки компенсации, состоящего из двух фазовых и одного частотного детекторов и переключающего элемента, который подключает к измерительному трансформатору напряжения тот или иной детёк-. тор в зависимости от режима сети, который может быть либо режимом работы без замыкания на землю, либо с замыканием на землю через некоторое ак- тивное сопротивление, либо через перемежающуюся дугу. Переключающий элемент состоит из четырех реле напряжения, три из которых включены на фазные напряжения, а четвертое через LC-фильтр - на напряжение смещения нейтрали. Для определения степени расстройки компенсации в нормальном режиме и в режиме замыкания через активное сопротивление использован фазовый принцип получения информации, основанный на сравнении угла сдвига фаз между напряжением смещения нейтрали йд и опорным напряжением, в качестве которого может быть взято любое из. линейных напряжений или напряжение поврежденной фазы. Кроме того, устройство содержит тиристорный конденсаторный ключевой блок, состоящий из восьми пар тиристороЬ, включенных встречно-параллельно, и четырех конденсаторов, мощности которых относятся как 8:4:2:1, блок управления тиристорами, блок регулирования и запоминания, состоящий из релейного запоминающего устройства, двухпозицирн-, ного трехвходового ключа и генератора прямоугольных колебаний. 3 ип. « (Л

Редактор И, Касарда

Составитель О. Наказная Техред И.Попович

Заказ 2293/53 Тираж 612Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

i j г t It

Корректор; А, Тяско