Устройство для измерения параметров электрической сети относительно земли Советский патент 1987 года по МПК G01R27/18 

11357871

зобретение относится к электроинпо по те не во по ны те те

технике, в частности к области измерения, и предназначено для измерения параметров относительно земли электрической сети с компенсированной или изолированной нейтралью.

Цель изобретения - повьшение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем измерения индуктивной проводимости дугогасящих реакторов, степени расстройки компенсации и измерения в сети с несколкими дугогасящими реакторами.

На фиг.1-3 приведены функциональные схемы соответственно устройства измерения, генератора оперативного тока и блока управления; на фиг.4 и 5 - диаграммы напряжений соответственно для генератора оперативного тока и блока управления.

Устройство (фиг.1) содержит подключенные к электрической сети два силовых трансформатора 1 и 2, между высоковольтными нейтралями которых: и землей включены соответственно два дугогасящих реактора 3 и 4. Последовательно с реактором 3 включен трансформатор 5 тока, и к электрической сети подключен трансформатор 6 напряжения нулевой последовательности сети. К трансформатору 6 напряжения подключены последовательно соединенные формирователь 7 команд и генератор 8 оперативного тока, выход которого через шунтовой резистор 9 подсоединен к дополнительной обмотке дугогасящего реактора 3. К трансформатору 6 напряжения подключены также последовательно соединенные первый ключ 10, заграждающий фильтр 11, первый фильтр 12 нижних частот, второй ключ 13, первые управляемый усилител 14, полосовый фильтр 15, преобразователь 16 напряжения, элемент 17 срав- нения, третий ключ 18 и первый ин- тегрирзгющий усилитель 19, выход которого соединен с управляющим входом первого управляемого усилителя 14. Трансформатор 5 тока через четвертый к,шоч 20 соединен с входом заграждающего фильтра 11. Между выходом заграждающего фильтра 11 и входом первого управляемого усилителя 14 включены последовательно соединенные второй фильтр 21 нижних частот и пятьш ключ 22.

Между выходом первого управляемого усилителя 14 и входом первого

0

5

5

0

5

0

5

0

5

интегрирующего усилителя 19 включены последовательно соединенные вторые полосовой фильтр 23, преобразователь 24 напряжения, элемент 25 сравнения и шестой клизч 26. К выходу первого преобразователя 16 напряжения подключены последовательно соединенные первые блок 27 памяти, усилитель 28 и сумматор 29, вторые усилитель 30, сумматор 31, управляемый усилитель 32, переключатель ЗЗ и измери- тельньй прибор 34,

К выходу первого блока 27 памяти подключены последовательно соединенные третьи усилитель 35, сумматор 36, четвертые усилитель 37 и сумма- ,тор 38, выход которого подключен к вторым входам второго сумматора 31 и переключателя 33. Второй вход четвертого сумматора 38 через функциональный преобразователь 39 соединен с блоком изменения регулируемого параметра (тока подмагничивания, числа витков, воздушного зазора) дугогасящего реактора 3. Выход второго преобразователя 24 напряжения через второй блок 40 памяти соединен с вторыми входами первого 29 и третьего 36 сумматоров. Выход второго усилителя 30 соединен с третьим входом переключателя 33 и к нему подключены последовательно соединенные третьи управляемый усилитель 41, элемент 42 сравнения и второй интегрирующий усилитель 43, выход которого соединен с управляющими входами второго 32 и третьего 41 управляемых усилителей. Соответствующие выходы блока 44 управления соединены с управляющими входами ключей 10, 13, 18,-20,.22 и 26, обоих блоков 27 и 40 памяти, вторым входом генератора 8 оперативного тока, а вход блока -44 управления подключен к выходу формирователя 7 команд.

Генератор 8 (фкг.2) оперативного тока содержит однофазный трансформатор 45, подключенньЕЙ к сети. Между первым выводом вторичной обмотки трансформатора 45 и первым выводом генератора,, подключаемым к первому выводу дополнительной обмотки дугогасящего реактора 3, включены последовательно соединенные первые ключ 46, конденсатор 47 и дроссель 48. Параллельно первому конденсатору 47 подключены последовательно соединенные вторые конденсатор 49 и ключ 50.

Третий ключ 51 включен между вторым выводом вторичной обмотки трансформатора 45 и общей точкой, соединяющей выводы первого ключа 46 и конденсаторов 47 и 49. Нулевой вывод вторичной обмотки трансформатора 45 соединен с вторым выводом генератора 8, подключенным к второму выводу дополнительной обмотки дугогасящего реактора 3.

Между первым входом генератора 8 и управляющим входом первого ключа 4.6 включены последовательно соединенные первые генератор 52 пилообразного напряжения, компара.тор 53, дифференцирующая цепочка 54 и импульсный усилитель 55 мощности. Между первым входом генератора 8 и управляющим входом третьего ключа 51 включены последовательно соединенные вторые генератор 56 пилобразного напряжения, компаратор 57, дифференцирующая цепочка 58, четвертый ключ 59 и второй импульсный усилитель 60 мощ ности. Второй выход (через второй резистор) второй дифференцирующей цепочки 58 через пятый ключ 61 соединен с входом первого усилителя 55 мощности. Второй вход генератора 8 соединен с управляющими входами второго 50 и четвертого 59 ключей непосредственно, а с входом пятого ключа 61 - через логический элемент НЕ 62. Третий вход генератора 8 через последовательно соединенные преобразователь 63 и суммирующий усилитель 64 подключен к вторым входам компараторов 53 и 57. На второй вход усилителя 64 подается сигнал задания Uj .Все ключи генератора 8 могут быть полупроводниковыми, например, первый, второй и третий можно выполнить на тиристорах или симисторах, а четвертый и пятый - на транзисторах.

Блок 44 управления содержит последовательно соединенные генератор 63 прямоугольных импульсов, делитель 66 частоты, триггер 67 и первый логический элемент И 68, две пары последовательно соединенных дешифраторов 69 и 70 и логических элементов И 71 и 72 и четвертый логический элемент И 73.

Каждый из дешифраторов подключен к выходам генератора 65, делителя 66 и триггера 67. Вторые входы второго 70 и третьего 72 логических элементов И соединены с входом блока 44

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

управления. Вторые входы первого 68 и четвертого 73 логических элементов И подключены к прямому выходу делителя 66 частоты. Отдельные выходы блока 44 управления подключены соответственно к выходам делителя частоты (прямому), триггера (прямому), первого логического элемента И, делителя частоты (инверсному), триггера (инверсному), четвертого, второго и третьего логических элементов И и триггеру (прямому).

Устройство работает следующим образом.

Работой устройства измерения управляет блок 44 управления. Действует он циклически. Каждый цикл состоит из четырех частей. В течение первой и второй частей цикла генератор 8 задает в сеть оперативный ток частоты f . В первой части цикла замкнуты ключи 10, 13 и 18. При этом из напряжения и нулевой последовательности сети полосовым фильтром 15 вьщеля- ется составляюща я Ug, частоты f , и на выходе первого преобразователя 16 напряжение устанавливается равным заданному U,. Тем самым составляющая ид, на выходе преобразователя 16 приводится к одной и той же величине. В течение второй части цикла замкнуты ключи 20 и 13. На выходе преобразователя 16 появляется сигнал, пропорциональный составляющей тока частоты f, протекающего через трансформатор 5 тока. Этот сигнал равен (пропорционален) реактивной проводимости сети Ь относительно земли на частоте f (без учета индуктивной проводимости дугогасящего реактора 3). Сигнал Ь запоминается первым блоком 27 памяти.

В третьей и четвертой частях цикла генератор 8 генерирует в сеть оперативной ток частоты f. В третьей части цикла замкнуты ключи 10, 22 и 26. Из напряжения U нулевой пос- . ледовательности сети полосовым фильтром 23 вьщеляется составляющая И f, частоты f, и на выходе второго преобразователя 24 напряжение устанавливается равным заданному U . Тем самым составляющая на выходе этого преобразователя приводится к одной и той же величине. В течение четвертой части цикла замкнуты ключи 20 и 22. На выходе преобразователя 24 появляется сигнал, пропорциональный составляющей тока частоты f j, протекающей через трансформатор 5 тока. Этот сигнал равен (пропорционален) тивной проводимости сети bj относительно земли на частоте „ (без учета индуктивной проводимости дугога- сящёго реактора 3). Сигнал bj запоминается вторым блоком 40 памяти. Зная проводимости сети, можно найти отдельно емкостную проводимост сети bg и индуктивную проводимость всех реакторов Ь на промьшшенной частоте f и степень расстройки компенсации V с помощью следующих формул:

U С

f () f, 1 - (f,)

1 f2 bl - bi(f2/f,)

LO

CoL

po

.(fj/f, )- 1

bL

LO

+ b

L1

де u)

V (be - b,)/bc,

21Г

po

4i

круговая частота напряжения сети; емкость сети относительно земли; эквивалентная индуктивность остальных ду- гогасящих реакторов сети;

индуктивная проводимость управляемого ду- гогасящего реактора.

С помощью усилителей 28 и 30 и сумматора 29 определяется емкостная проводимость сети Ь, а с помощью сумматора 36 и усилителей 35 ,и 37 Индуктивная проводимость всех реакторов bi , кроме реактора 3. Индуктивная проводимость реактора 3 Ь(, функциональным преобразователем 39 задается на второй вход четвертого сумматора 38, и на выходе его получается сигнал (с обратным знаком)

buo+ b,,

С помощью усилителей 32, 41 и 43 и злемента 42, работающих аналогично фильтру 15, преобразователю 16, злементу 17, усилителям 14 и 19, определяется степень расстройки компенсации v --:-, Этот

ЬЕ сигнал получается на выходе второго

управляемого усилителя 32.

В нормальном режиме сети генератор 8 создает оперативный ток заданной частоты, который протекает в контуре нулевой последовательности электрической сети. Генератор может вырабатывать оперативный ток двух частот f и fJ, например, 100 и 150 Гц. В первом случае на ключи 46 и 51 через

полупериод промышленной частоты поочередно подаются отпирающие импульсы, ключ 50 постоянно замкнут. Во втором случае на ключ 46 каждый полупериод промышленной частоты поступают

отпирающие импульсы, ключи 50 и 51 постоянно разомкнуты, ключ 61 замкнут.

На диа.граммах напряжений генератора 8 оперативного тока и блока 44 управления (соответственно фиг.4 и 5) буквой и обозначен, напряжения, а индексом при ней указаны блоки, на выходе которых эти напряжения имеются. Кроме этого, на диаграмме напряжений (фиг.4) обозначены U и U напряжения на первой и второй частях обмотки вторичного напряжения однофазного трансформатора 45; U - напряжение, подаваемое на второй вход суммирующего усилителя 64; U напряжение управления, подаваемое на вторые входы компараторов 53 и 57; вх бх 1 Напряжения на входах трансформаторов 1 и 2 соответственно; А - для случая генерации частоты 100 Гц; Б - для случая генерации частоты 150 Гц.

На диаграмме напряжений (фиг.5)

0

5

0

обозначены U,

и,

и

и

5

tfc J (,75 J ии (1 к

напряжения на выходах, соответственно прямом и инверсном, делителя частоты и триггера.

Диаграммы приведены для нормального режима сети.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения параметров электрической сети относительно земли, содержащее последовательно соединенные, подключенные к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения сети формирователь команд и генератор оперативного тока, выход которого через шунтовой резистор подключен к дополнительной обмотке дугога- сящего реактора, первый ключ, дополнительный к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора

713

напряжения сети, последовательно соединенные первые преобразователь напряжения, элемент сравнения, третий ключ, первые интегрирующий и управляемый усилители, четвертый ключ, подключенный к вторичной обмотке трансформатора тока, включенного между дугогасящим реактором и землей, последовательно соединенные подклю- ченный к .выходу формирователя команд блок управления и первый блок памяти а также первые полосовой фильтр, сумматор и измерительный прибор, причем второй, третий, четвертый и пятый выходы блока управления соединены с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого ключей, вторые выводы первого и второго ключей соединены, отличающе.е- с я тем, что, с целью повьшения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены последовательно соединенные заграждающий фильтр, первый фильтр нижних частот и второй ключ, последовательно соединенные второй фильтр нижних частот и пятый ключ, последовательно соединенные вторые полосовой фильтр, преобразователь напряжения, элемент срав- нения и шестой ключ, последовательно соединенные первый усилитель, первый сумматор, второй усилитель, последовательно соединенные вторые сумматор и управляемый усилитель и переключатель, последовательно соединенные третьи усилитель и сумматор, четвертые усилитель и сумматор, а также второй блок памяти, последовательно соединенные третий управляемьш усилитель, третий элемент сравнения и второй интегрирующий усилитель,функ- циональньш преобразователь, причем вход заграждающего фильтра соединен с общим выводом первого и четвертого ключей, выход заграждающего фильтра - с входом второго фильтра нижних частот, общий вьгоод .второго и пятого ключей соединен с входом первого управляемого усилителя, выход которого соединен с входами лервого и второго полосовых фильтров, выход первого полосового фильтра соединен с входом первого преобразователя напряжения, выходы первого и второго преобразователей напряжения-соединены с входами соответственно первого и , второго блоков памяти, выход последнего соединен с входами первого и

8

g ,. 5 п

0

5

0

третьего сумматоров, выход первого блока памяти соединен с входами первого и третьего усилителей, выход второго усилителя соединен с входом третьего управляемого усилителя и вторым входом переключателя, третий вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, другой вход которого через функциональный преобразователь соединен с блоком изменения регулируемого параметра дугогаеящего реактора, второй вход генератора оперативного тока соединен с шестым выходом блока управления, седьмой, восьмой и девятый выходы которого соединены соответственно с другим входом второго блока памяти, управляющими входами пятого и шестого ключей, выходы шестого и третьего ключей объе динены, выход переключателя соединен с измерительным прибором.

2. Устройство по П.1, о тл и - чающееся тем, что генератор . оперативного тока содержит однофазный трансформатор, подключенный к сети, включенные между первым выводом вторичной обмотки этого трансформатора и первым выводом генератора последовательно соединенные первые ключи, конденсатор и дроссель, подключенные параллельно первому конденсатору, последовательно соединенные вторые конденсатор и ключ, третий ключ, который включен между вторым вьшодом вторичной обмотки однофазного трансформатора и общим выводом первого ключа и конденсаторов, включенные между первым входом генератора и управляющим входом первого ключа последовательно соединенные генератор пилообразного напряжения,компаратор, дифференцирующая цепочка и усилитель мощности, включенные между первым входом генератора оперативного тока и управляющим входом третьего ключа, последовательно соединенные вторые генератор пилообразного напряжения, компаратор, дифференцирующая цепочка, четвертый ключ и второй усилитель мощности, а также пятый ключ, преобразователь, суммирующий усилитель и логический элемент НЕ, причем нулевой вывод вторичной обмотки однофазного трансформатора соединен с вторым выводом генератора оперативного тока, пятый ключ включен между вторым выходом второй дифференцирующей цепочки и входом первого усилителя мощное-

5135

ти, второй вход генератора оперативного тока соединен с управляющими входами второго и четвертого ключей непосредственно, а пятого ключа - через логический элемент НЕ, третий вход генератора оперативного тока соединен с вторыми входами компараторов через последовательно включенные преобразователь и суммирующий усилитель.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, делитель частоты, триггер и первый логический элемент И, две отдельные пары последовательно соеди- .ненных дешифратора и логического элемента И, а также четвертый логический элемент И, причем первый вход послед1 10

него подключен к инверсному выходу триггера, вторые входы первого и четвертого логических элементов И подключены к прямому выходу делителя частоты, вторые входы второго и третьего, логических элементов И подключены к входу блока управления, соответствующие входы дешифраторов подключены к выходу генератора прямоугольных импульсов и прямым и инверсным выходам делителя частоты и триггера, отдельные выходы блока управления подключены соответственно к прямым выходам делителя частоты, триггера, к выходу первого логического элемента И, к инверсным выходам делителя частоты, триггера, к выходам четвертого, второго и третьего логических элементов И и прямому выходу триггера.

Устройство для измерения параметров электрической сети относительно земли имеет силовые трансформаторы (Т) 1, 2, дуговые реакторы 3, 4, Т 5 тока, Т 6 напряжения нулевой последовательности сети, формирователь 7 команд, генератор 8 оперативного тока, шунтовой резистор 9, ключи 10, 13, 18, 20, 22, 26. заграждающий фильтр (Ф) 11, Ф 12, 21 нижних частот, управляемые усилители (У) 14, 32, 41, полосовые Ф 15, 23, преобразователи 16, 24 напряжения, элементы 17, 25, 42 сравнения, интегрирующие У 19, 43, блоки 27, 40 памяти, У 28, 30, 35, 37, сумматоры 29, 31, 36, 38, переключатель 33, измерительный прибор 34, функциональный преобразователь 39 и блок 44 управления. В описании изобретения даны электрические схемы генератора 8 оперативного тока и блока 44 управления. Изобретение повышает точность измерения и расщи- ряет функциональные возможности устройства путем измерения индуктивной, проводимости дугогасящих реакторов, степени расстройки компенсации и измерения в сети с несколькими дугога- сящими реакторами. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л с со ел 00

Фие.г

Ur

Л

У

/ ,/Т У

Р Г

2

(J

и.

Vue.3

и,

гг

м/

к

У

%

г/

фиг.

-ППЛПЛЛЛЛЛШШГ

etj

e7j

Uf3 в6И. On

(J69t 70 П

Ufn 7/

фиг.

Редактор 0.Головач

Составитель Н.Михалев Техред А.Кравчук

Заказ 5994/45Тираж 730Подписное

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

Г

L Г

Л

Корректор Г.Решетник