Устройство для автоматической компенсации емкостного тока замыкания фазы на землю в сетях напряжением 6-35 КВ Советский патент 1986 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к автоматизации систем электроснабжения и предназначено для, автоматической компенсации емкостных токов однофазного

замыкания в электрических сетях напря-5 блоков 18,21,25,26,30-34.

На вход разделительного блока 14 подаются фазные напряжения и напряжение нулевой последовательности от трансформатора 13 напряжения, первичтока компенсации.

Схема содержит управляемьш объект

жением 6-35 кВ.

Цель изобретения - повышение качества компенсации емкостного тока.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграм- 10 ная обмотка которого соединена с ма процесса формирования управления электрической сетью 12. Размноженные в регуляторе автоматической настройки фазные напряжения и напряжение нулевой последовательности подак(тся на вход блока 16, фазные напряжения - 1 и регулятор 2. Управляемый объект 1 15 на вход блока 17, напряжение нулевой состоит из силового трансформатора 3, последовательности - на вход канала дугогасящего реактора 4, имеющего две 21 обработки этого напряжения. Один рабочие обмотки 5 и 6, две обмотки из выходов блока 16 соединен с вхо- 7 и 8 управления, тиристоры 9 и 10, магнитопровод 11.электрической сети 12 к трансформатор 13 напряжения. В нейтраль силового трансформатора 3 включен дугогасящий реактор 4. Цепи, состоящие соответственно из обмотки

дом логического элемента ИЛИ 31, а 20 другой - с блоком 17, выход которого связан с блоком 18 обработки напряжения поврежденной фазы.Обработанные напряжения поврежденной фазы и напряжение нулевой последовательносуправления 7 и тиристора 9, обмотки 8 управления и тиристора 10, подключены параллельно рабочей обмотке 6, расположенной на среднем стержне магнитопроврда 11. Общая точка соединения обмоток 6-8 соединена последовательно с другой рабочей обмоткой 5. .

Регулятор 2 содержит входной разделительный блок 14 трансформаторного типа, входящий в блок определения поврежденной фазы, включающий также блок 16 обнаружения (БО).и блок 17 распознавания образа поврежденной фазы (БРОПФ)«блок 18 обработки напряжения поврежденной фазы, состоящий из последовательно соединенных фильтра 19 и формирователя 20 прямоугольных импульсов, блок 21 обработки напряжения нулевой последовательности, имеющий фильтр 22, фазосдви- гающее устройство 23 и формирователь 24 прямоугольных импульсов. Регулятор 2 содержит также измерительный фазочувствительный блок 25, цепь разряда конденсатора интегрирующего блока 26, содержащую два последовательно соединенных логических эле- мента И-НЕ 27 и 28,и цепь заряда конденсатора интегрирующего блока 26 с логическим элементом И 29, блок 30 фазового управления тиристорами 9 и 10, логический эл емент ИЛИ 31, орг ан 32 времени с выдержкой времени на

срабатывание и два органа 33 и 34 времени с выдержкой времени на отпускание, при этом Е,Ж,М,Р,Н,П,Г,И,К,Л- сигналы на выходе соответственно

На вход разделительного блока 14 подаются фазные напряжения и напряжение нулевой последовательности от трансформатора 13 напряжения, первичная обмотка которого соединена с электрической сетью 12. Размноженные фазные напряжения и напряжение нулевой последовательности подак(тся на вход блока 16, фазные напряжения - на вход блока 17, напряжение нулевой последовательности - на вход канала 21 обработки этого напряжения. Один из выходов блока 16 соединен с вхо-

ная обмотка которого соединена с электрической сетью 12. Размноженные фазные напряжения и напряжение нулевой последовательности подак(тся на вход блока 16, фазные напряжения - на вход блока 17, напряжение нулевой последовательности - на вход канала 21 обработки этого напряжения. Один из выходов блока 16 соединен с вхо-

дом логического элемента ИЛИ 31, а другой - с блоком 17, выход которого связан с блоком 18 обработки напряжения поврежденной фазы.Обработанные напряжения поврежденной фазы и напряжение нулевой последовательности подаются на вход блока 25, выходы которого соединены с входами блока 26 через цепи разряда и заряда.

Выход блока 31 подсоединен к входам органов 32-34 времени, выходы которых подключены соответственно к входам блоков 27 и 29, а также блоков 28 и 30. На другие входы блока 30 подаются сигналы с выхода блока 26 и напряжение нулевой последовательности с выхода блока 24. Импульсы управления с выхода блока 30 поступают в цепи управления тиристоров 9 и 10.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении в электрической сети 12 однофазного замыкания на землю (tg) в нейтрали трансформатора 3 на дугогасящем реакторе 4 появляется напряжение нулевой последовательности 3 Uo. По рабочим обмоткам 5 и 6 реактора 4 начинает протекать ток компенсации. Напряжение нулевой по-

следовательности 3 U появляется на

вьшодах обмоток, соединенных с разомкнутый треугольник, трансформатора 13 напряжения. Фазные напряжения а, Ь, с и напряжение нулевой последовательности 3 UQ трансформатора 12 на- пряжения 13 подаются на входной блок 14. Напряжение поврежденной фазы электрической сети 12 снижается, а напряжение здоровых фаз повышается.

В блоке 14 напряжения размножаются и раздепяются с помощью трансформаторов, образуя два выхода, С одного выхода блока 14 фазные напряжения и 3 и подаются в блок 15 определения поврежденной фазы, который вьщает сигналы на выходе блока 16 обнаружения, соответствующие поврежденной фазе. Выходной сигнал с блока 16 поступает на вход логического элемента ИЛИ 31 и на один из входов БРОПФ 17, на другой вход которого подаются фазные напряжения блока 14, Напряжение поврежденной фазы U появляется на выходе блока 17 и подается в блок 18 обработки напряжения поврежденной фазы, состоящий из фильтра 19 низкой частоты и формирователя 20 прямоугольных импульсов. Напряжение 3 U,, с вы- хода блока 14 подается в другой блок

21обработки напряжения нулевой ripcJi j; довательности, состоящий из фильтра

22низких частот, фазосдвигающего устройства 23 и формирователя 24 прямоугольных импульсов. Прямоугольные импульсы Е и Ж соответственно с выходов блоков 20 и 24 поступают в фазо- чувствительный измерительный блок 25, который выдает сигнал М на одном из своих выходов, если напряжение 3 U отстает от напряжения поврежденной фазы Цф, или сигнал Р на другом своем выходе, если 3 U опережает . При совпадении прямоугольных импуль

сов напряжений 3 U и сигнал на выходе блока 25 отсутствует, что соответствует резонансной настройке дугогасящего реактора с электрической сетью.

Режим работы регулятора устанав- ливается органами 32 и 34 времени, которые запускаются от сигнала Г, поступающего с выхода блока 31, в случае наличия в электрической сети Тзамыкания фазы на землю. Органы 33 и 34 времени срабатьшают мгновенно и подают разрешающие сигналы К и Л сооветственно на входы блоков 28 и 30. Для повьшения помехоустойчивости регулятора в начальный момент замыка- ния вводится временная задержка t на выходной сигнал И блока 32. Для повышения надежности работы тиристоров 9 и 10 дугогасящего реактора 4, для их защиты от ударных токов вклю- чения, а также для сокращения длителности переходного процесса в дугога- сящем реакторе 4 включение реактора

5 to 15 20

25 зо

5

5 под напряжение нейтрали трансформатора 3 осуществляется при полностью закрытых тиристорах, когда индуктивное сопротивление реактора максимальное, а ток компенсации минимальный, Конденсатор интегрирующего блока в этом случае заряжен до максимального напряжения Н источника питания. При недокомпенсации на логический блок И-НЕ 27 поступают сигналы М и И.Образуется цепь разряда конденсатора интегрирующего блока 26. Напряжение на конденсаторе изменяется в соответствии с кривой Н. Блок 30 фазового управления тиристорами начинает выдавать управлякяцие сигналы П на открытие тиристоров 9 и 10-реактора 4. Импульсы управления П синхронизируются с напряжением 3 UQ с выхода блока 24. Чем больще фазовый сдвиг прямоугольных напряжений Е и Ж, т.е. чем вьнпе расстройка реактора, тем быстрее разряжается конденсатор ин- тегрирукмцего блока 26, меньше угол управления тиристоров 9 и 10 и быст- рее нарастает ток компенсации в ду- гогасящем реакторе 4. При подходе к резонансной точке настройки (tj) скорость изменения угла направления снижается. Напряжение на конденсаторе Н блока 26, а соответственно, и угол управления тиристоров при резонансной настройке остаются неизменными.

Если в момент времени t, (фиг. 2) происходит отключение ряда кабельных линий, вызванное оперативным вмешательством обслуживающего персонала, происходит расстройка дугогасящего реактора. Наступает режим йерекомпен- сации. Тогда импульсы Р и И соответственно с выходов.блока 25 поступают на логический элемент И 29, образуя цепь заряда конденсатора интегрирующего блока 26. Напряжение на конденсаторе Н возрастает, импульсы управления П тиристора сдвигаются вправо на временной оси, а соответственно, увеличивается и угол управления тиристоров 9 и 10. Ток компенсации снижается. По достижении реэоиансн,Ьй настройки (ц) импульсы Р с выхода блока 25 пропадают.

Дугогасящий реактор 4 работает по принципу самоподмагничивания. По обмоткам 7 и 8 протекает выпрямленный ток 1сомпенсации, который обеспечивает подмагничивание крайних стержней наг-.

итопровода. При полностью открытых иристорах 9 и 10 подмагничивание агнитопровода наибольшее, а индуктивное сопротивление реактора 4 мини- , мапьное. С увеличением угла управления тиристоров индуктивное сопротивление возрастает и соответственно снижается ток компенсации. Для снижения содержания высших гармонических о в токе компенсации реактрра 4 все магнитные стержни выполнены с немагнитными зазорами. Работа магнитопровода 11 из электрической стали осуществляется на линейном ненасьяденном 5 участке кривой намагничивания. Для снижения крайности регулирования тока дугогасящего реактора до экономичности целесообразного уровня, равного 3-5, обмотки 7 и 8 управления подклю-20 чены к рабочей обмотке 6. Дополнительная обмотка 5 включена последовательно к параллельно соединенным обмоткам 6-8, что,в свою очередь, снижает затраты на тиристоры 9 и 10, к кото- 25 рым подводится лишь небольшая доля напряжения нейтрали трансформатора. Быстродействие изменения тока дугогасящего реактора не превьшает с за счет включения тиристоров непос- зо редственно в цепи протекания тока компенсации,

Если в момент времени tg (фиг.2) исчезает замыкание фазы на землю, напряжение на поврежденной фазе вое- 35 станавливается, а напряжение в нейтрали 3 Ug снижается до напряжения несимметрии электрической сети 12. Импульсы И с выхода блока 32 пропадают, так как с блока 15 определения пов- 40 режденной фазы через блок 31 не поступает сигнал Г. Интегрирующий блок 26 переходит в режим хранения, который обеспечивается отсутствием сигнала с выхода блоков 27 и 29 и нали- 45 чием сигнала К с выхода органа 33 времени, которьй имеет вьщержку времени на отпадание при исчезновении сигнала Г на его входе. Блок 30 фа- зового управления продолжает вьвда- 50 вать управляющие импульсы на тиристоры с углом управления, соответст- вукщим резонансной настройке. Вьщерж- кй времени на отпускание органа 33 времени выбирается из условия обеспе-55 чения надежного восстановления напряжения в поврежденной фазе электрической сети. В момент времени t снижается сигнал Л с входа блока 30.Прекращается поступление импульсов управления П на тиристоры 9 и 10, но сохраняется уровень напряжения Н на выходе блока 26, соответствующий резонансной настройке реактора. В момент времени t снимается сигнал К с выхода блока 28. Интегрирующей блок 26 устанавливается в начальное состояние .

В случае возникновения перемежающейся дуги в месте замыкания, фазы электрической сети на землю различают два режима работы электрической сети: замьжание фазы на землю и кратковременное исчезновение замыкания фазы на землю (дуга погасла).

При замыкании фазы на землю устройство работает аналогично.

При погасании дуги напряжение на нейтрали исчезает не мгновенно, а затухает в течение нескольких периодов с частотой, зависящей от настройки дугогасящего реактора. При недоком- пенсации частота свободных колебаний 3 Uo меньше 50 Гц, а при перекомпенсации - вьш1е 50 Гц. Работа регулятора продолжается и в режиме свободных колебаний до того момента, пока блок 16 обнаружения поврежденной фазы выдает разрешающий сигнал. Блок 16 имеет элементы, реагируюшз е на уровень повышения напряжения в здоровых фазах электрической сети. При свободных колебаниях уровень напряжений в здоровых фазах снижается, и как только станет меньше уставки максимальных элементов, активная работа регулятора прекращается.

Достигнутая настройка сохраняется до нового кратковременного замыкания фазы на землю.

При быстром регулировании дугога- сящий реактор заблаговременно настраивать нецелесообразно, так как к моменту окончания переходного процесса в дугогасящем реакторе он будет настроен. Настройка реактора только после замыкания фазы на землю имеет следующие преимущества: во время переходного процесса ток через дугу меньше, чем при настройке заранее, при точной настройке в резонанс в нормальном режиме могут возникнуть феррорезонанс- ные перенапряжения, вызванные взаимодействием силового трансформатора с емкостью электрической сети, уменьшаются потери на управление дугога- сящим реактором и т.д.

Формула изобретения

Устройство для автоматической компенсации емкостного тока замыкания фазы на землю в сетях напряжением 6-35 кВ, содержащее силовой трансформатор, в нейтраль которого включен 10 дугогасящий реактор, блок управления реактором, измерительньй трансформатор напряжения с выходными обмотками фазного напряжения и напряжения нулевой последовательности, которые 15 подключены к входу блока определения поврежденной фазы, один из выходов которого, конкретизирующий данные о поврежденной фазе, соединен через блок обработки напряжения поврежден- 20 ной фазы с одним из входов измерительного фазочувствительного блока, к другому входу которого подключен другой выход блока определения конкретизи- рукяций данные с обмотки напряжения 25 нулевой последовательности измерительного трансформатора напряжения через блок обработки напряже ния нулевой последовательности, отличаю-, щ е е с я тем, что,.с целью повьше-зо ния качества компенсации емкостного тока, в него введены два формирователя прямоугольных импульсов, логический элемент ИЛИ, два органа времени

с выдержкой времени на отпускание, орган времени с водержкой времени на срабатьшание, два последовательно соединенных логических элемента И-НЕ, логический элемент И и интегрирукявц1й блок, причем два форьофователя прямоугольных импульсов являются вьосодами блоков обработки напряжений поврежденной фазы и нулевой последовательности, выход элемента ИЛИ подключен к третьему выходу блока определения поврежденной ф)аэы, соответствующему данньм о повреждении хотя бы одной из фаэ, а выход соединен с входами органов времени с вцдержкой времени на отпускание, причем выход органа времени с вьщержкой времени на сраба- тьшание соединен с одн194 из входов элемента И и первого элемента И-НЕ« а выходы первого времени с выдержкой времени на отпускание подключены к однсту из входов втброго элемента И-НЕ, вьрсоды второго органа времени с водержкой. времени на отпускание - к одному из входов блока управления реактором, другие входы элемента И и первого элемента И-НЕ подключены к выходам измерительного фазочувствительного блока, а выходы второго элемента И-НЕ и элемента И подключены соответственно к инверсному и прямому входам интегрирукщего блока, выход которого соединен с другим входом блок а управления реактором.

Устройство для автоматической компенсации емкостного Тока замыкания фазы на землю в сетях напряжением 6-35 кВ позволяет повысить качество компенсации емкостного тока электрической сети путем повышения быстродействия резонансной настройки дугогасящего реактора в режиме замыкания на землю. Это достигается воздействием иа интегрирующий блок импульсов с выхода измерительного фазочувствительного блока с учетом различных реткимов работы злектричес- кой сети, а также введением дополнительной рабочей обмотки дугогасящего реактора, включенной последовательно с соединенными параллельно рабочей обмоткой и обмотками управления через силовые тиристоры. При этом устройство содержит логический элемент ИЛИ, два органа времени с выдержкой времени на отпускание, орган времени с выдержкой времени на срабатьшание, два последовательно соединенных логических элементов И-НЕ,логический элемент И и интегрирукшсий блок. 2 ил. г ko b

Редактор Г. Гербер

Составитель О. Наказная

Техред М.Ходанич Корректор А. Зимокосов

Заказ 2456/56 Тираж 612Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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