Измеритель и всережимный автокомпенсатор токов однофазных замыканий в воздушных,кабельных и смешанных сетях Советский патент 1988 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трехфазных сетях с заземлением нейтрали через дугогасящий реактор.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и поБьшшние быстродействия.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 - пример принципиальной схемы совместной реализации первого и второго полосовых фильтров и первого сумматора.

На функциональной схеме (фиг.1) обозначены трехфазная сеть 1 с компенсатором емкостных токов однофазных замыканий на землю, в качестве которого использован дугогасящий реактор 2, и компенсатором 3. активной составляющей, блок 4 управления компенсатором 2 и блок 5 управления компенсатором 3, связанные с сетью датчики 6 напряжения смещения нейтрали или тока дугогасящего реактора и фазных напряжений, первый 7 и BTopoii 8 фазовые детекторы, первы сумматор 9, первый 10 и второй 11 полосовые фильтры, блок 12 создания искусственной HeciiMMBTpnii, коммутатор 13, ортогонализатор 14, сумматоры 15 и 16, релейные звенья 17 и 18, синхронные детекторы 19 и 20, множительные звенья 21 и 22, фильтры 23-26 низких частот, су {маторы 27 и 28, коммутаторы 29 и 30, индикаторы 31 и 32, блок 33 настройки в режимах замыкания, интегратор 34, блок 35 распознавания режимов работы сети, блок 36 задания упреждения настройки, генера тор 37 опорного и поискового сигналов 37 и ортогонализатор 38.

На фиг.2 обозначены операционньш усилитель 39, конденсаторы 40-42 и резисторы 43-46.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы сети, который распознается блоком 35, например , по амплитуде напряжения смещения нейтрали, компенсатор 3 активной составляющей заблокирован, а интегратор 34, коммутатор 29 и сумматор 27 образуют схему задания начальных условий miTerpatopa 34, в кото- рой сигнал U,j интегратора 34 пропорционален сигналу на выходе фильтра 25 Генератор 37 опорного и поискового сигналов вырабатывает низкочастотные

периодические колебания следующих видов:

cf(t) cos(Slt+e/)-H 4,(t) cos(t+a).

(1)

0

0

5

0

0

5

Прямоугольный сигнал cTCt) управляет коммутатором 13, который периодически с частотой SI коммутирует сигнал ) искусственной несимметрии. В результате на вход объекта управления поступает, помимо сигнала 0p(t) естественной несимметрии, про- 5 модулироваиньй сигнал б (t) искусственной несимметрии вида

(t) (f(t) e«(t)

cos(flt+u/) + (,jt.

Сигнал (t) на выходе датчика на( пряжения смещения нейтрали или тока дугогасящего реактора

(t)-W(D,L,C,g) efc(t)+W(D,L,C,g)e(t),

где W(D,L,C,g) - передаточная функция контура нулевой последовательности сети от тока несимметрии к напряжению смещения нейтрали или току реактора 2; - оператор дифференцирования}

L - индуктивность реактора 2;

С и g - суммарные емкость и активная проводимость между фазами сети 1 и землей. Если частота Л достаточно низка |И влиянием переходных процессов, возникающих при переключениях коммутатора 13, можно пренебречь, то

45

(t) f cosu)t+ fsinu)t +

+tsign co8(i t-t-c() + l Rf W(jio)0n cosait- I rw(jw)6.,sin(ti,

(2)

где величины ;и определяются неизвестными амплитудой и фазой сигнала 6((t) естественной несимметрии и параметрами КНПС ;

W(jw)

S(ju)) A(a))+jw1

(3)

частотная характеристика контура 1.

A(w) 1 + Rg С;

(4)

RS-fLg;

(5)

V(t)(jc.;0(jw)Jcos {ilt+Ю. (9)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трехфазных сетях с заземлением нейтрали через дугогасящий реактор. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия. Устройство позволяет одновременно с измерением расстройки или автонастройкой компенсации емкостных токов производить измерение активных потерь в контуре нулевой последовательности в нормальном режиме ее работы и автоматическую подготовку компенсации активной составляющей, что обеспечивает достижение цели. Г1ри возникновении в сети однофазного за-. мыкания на землю блок распознавания режимов работы сети блокирует работу генератора, в результате чего блок создания искусственной несимметрии одним коммутатором отключается от сети, снимает блокировку компенсатора активной составляющей, благодаря чему в сеть вводится компенсирующее напряжение, величина которого соответствует ранее измеренным активным потерям, посредством другого коммутатора подключает вход интегратора к выходу активной составляющей блока настройки в режимах замыкания, образуя замкнутый контур автокомпенсации активной составляющей, а посредством третьего коммутатора переключает вход блока управления ду- гогасящим реактором на выход емкостной составляющей блока настройки, образуя замкнуты контур автокомпенсации емкостной составляющей тока замыкания. 2 ил. с 4ib j оо о v| СО

R - активное сопротивление реак тора 2,

Оц - комплексная амплитуда сигнала РИ (t) искусственной несиметрии, зависящая от способа ее создания.

Выражение для S(jaJ) определяется типом датчика 6 (напряжения смещения нейтрали или тока реактора 2) и способом создания искусственной несимметрии.

В дальнейшем для определенности рассматривается случай, когда указанным датчиком является датчик напряжения смещения нейтрали, а искусственная несимметрия создается при помощи подключения к вторичной обмотке дугогасящего реактора 2 низковольтного источника 50 Гц через то- коограничивающий конденсатор С. При этом

S(J(A;) R + jwL - jwL;

(6)

OnCjw)

Etr KT

je:

где K, - коэффициент трансформации

от рабочей обмотки реактора 2 к вторичной обмотке амплитуда ЭДС низковольтного источника 50 Гц. Фазовый детектор 7 производит умножение сигнала (t)e(t) на сигнал 6n(t), в результате чего его выходной сигнал

at)Kt(t)a,(t) +Csign cosSIt+et+l ReCW(ju)) 0M(jw)B + + H(t), (8)

где коэффициент Ко определяется технической реализацией детектора 7, несет информацию о косинусной составляющей сигнала (2), а также включает в себя колебательные составляющие |((t) с частотами 100 Гц и выше, которые подавляются полосовым фильтром 10. Указанный фильтр подавляет также постоянную составляющую и все колебательные составляющие в сигнале F (t) с частотами, отличными от fl, выделяя только лишь составляющую на частоте Si так, что согласно (2) выходной сигнал полосового фильтра 10 равен

Опорный сигнал фазового детектора 8 СДВШ1УТ на 90 по отношению к сигналу 0;(t) при помощи ортогонализато- ра 14. В связи с этим выходной сигнал (t) детектора 8, определенный по аналогии с (8), равен: .

,j(t) cosC«t+fl()-n -iJwUou) l,(jiJ)l}+Kt).

.Фильтр 11 выделяет составляющую сигнала 5(t) на частоте Я и сдвигает ее по фазе на 90. В результате выходной сигнал ) фильтра 11 равен

V5(t) (jco )0v,(jw)l sin(flt-e./).

(10)

На выходе сумматора 9 формируется гармонический сигнал, который с учетом (3)-(7) можно представить в сле25 дующем виде:

Y(t) ) +Vj(t) (jw)94e (51t+cf)l (),(to

где Y ( ;

V arg W(jw) + n/2;

30

35

cosv -j- / W(ju;)/ ;

Li

sin Ц - fW(JLo)/. (л) Lt

(12) (13)

(14)

Таким образом, на выходе сумматора 9 восстанавливается гармонический сигнал v(t) с частотой SI, амплитуда VL которого пропорциональна модую частотной характеристики W(jui) контура 3, фаза - аргументу этой характеристики (сдвинутому на 1Г/2- -а().

Оба параметра V, и у сигнала (t) содержат полезную информацию как о состоянии резонансной настройки, так и о величине активных потерь, которая выделяется при дальнейшей обработке указанного сигнала.

Сигналы u,(t) и 6(t} на выходах релейных звеньев 17 и 18 равны соответственно

(t) Н (t)+OJ Н ,cos(ilt+4 o +U,) ;

(15)

((t) Н signtvCt) + 0. j II ()

1A430796

фш1ьтрами 26 и 25 низких частот, определяются первыми членами выраже(16)

ния (17) и (18). Подставив в указанные выражения соотношения (21) с учетом (12)-(14), получшот

е и и и. - сигналы на выходах соответственно синхронных детекторов 20 и 19. Для дальнейших преобразований сиглы 6(t) и 6 (t) целесообразно едставить сложными рядами Фурье

2 fj 6(t) 74- Н arcsin -г-- +

- - 1 Vm

Н 1 - ( COS (flt+4 -t-c)iс ,

TAi(t) cos iwt+4 t t) ;

9Пс

6 (t) 4 Н arcsin +

JIVfn

(17)

IHJTT

(1) сов (Slt+(f+of) +

п

+ Z Aj (t) cos iwc+4(t)l .

(18)

Сигналы U(t) и Ui(t) на выходах синхронных детекторов 20 и 19 могут быть найдены как резуль ат осреднения по времени произведений сигналов 6i(t), (t) соответственно на опорные сигналы 4,(t) вида (1) и

(19)

ujXt) -sin (),

т.е.

u,(t) K;.6.(t)/3,(t),

(20)

u,.(t) к; 6,j(t),(t), ;

где величина К определяется свойствами фильтров 23 и 24 и величиной Н.

Подставив в (20) выражения (1),. (17)-(19) и проведя соответствующие преобразования, получают следующие выражения для сигналов Ui и Ui:

Ui

и.

Ко COS Ч

1+К

cos

у г т

Kosinif

и величина сигнала управления в контуре компенсации емкостной составляющей в предлагаемом устройстве од 5Q нозначно связаны монотонной, близкой к линейной, функциональной зави- (21) с 1мостью с расстройкой контура 1 ну- sin vлевой последовательности (которая

УГ ,выражена разностью индуктивной и

t4

где коэффициент К определяется свой-gg е.мкостной проводимостей, что зкви- ствами ф шьтров 23 и 24 и неличи- валентно реактивному току замыка- ной Н.ния), а величина сигнала U упПостоянные составляющие U и U равления в контуре компенсации ак- сигналов i(t) и ivi(t), выделяемые тивной составляющей также однозначJVи-к|

ния (17) и (18). Подставив в указанные выражения соотношения (21) с учетом (12)-(14), получшот

и:

A(U.)

,arctgK,-±-

(22)

Принимая во внимание соотношения (4) и (5) для величин A(ui) и t при R 1 , выражения для сигналов управления и и и можно представить в следующей форме:

Uir 1 rЛО

,arctg (23)

,arctg Ь cK,arctg -; g

4

(1-K)- g,-bgj

(24)

где gj. - активная проводимость, связанная с потерями в изоляции сети и потер 1ми в стали ДГР;

g - активная проводимость, связанная с потерями в меди ДГР;

g - общая активная проводимость КНПС.

Релейные звенья 17 и 18 coBMemaiot функции компараторов сигнала V(t) и релейных звеньев (линеаризированных гармоническим сигналом), выполняющих операцию деления.

Постоянные составляющее U и UT сигналов 6,(t) и uj (t) вьщеляют- ся фильтрами 26 и 25 низких частот, на выходах которых формируются сигналы 1)% и и, пропорциональные составляющие и и и t и поэтому также

определяю диеся выражениями (23) и (24).

Из (23) и (24) следует, что знак

)ю связана монотонной, близкой к линейной, функциональной зависимостью с активными потерями в контуре 1 (которые выражаются суммарной активной утечкой, что эквивалентно активному току замыкания). С уменьшением величины Кд или увеличением величины й , например,за счет уменьшения величины Н или коэффициентов передачи фильт ров 23 и 2А указанные функциональные зависимости приближаются к линейным. При этом практически отсутствуют перекрестные влияния расстройки компенсации емкостной составляющей на сигнал и в контуре управления колМ- пенсацией активной составляющей и величины активных потерь в контуре 1 на сигнал U, в контуре управления компенсацией емкостной составляющей.

Сигнал и, поступает на индикатор 31, шкала которого проградуирована в единицах реактивной проводимости реактивного тока или коэффициента расстройки, что позволяет контроли- ровать величину расстройки компенса- ции в данной сети. Сигнал U поступает на индикатор 32, шкала которого проградуирована в единицах активной проводимости, активного тока, коэффициента демпфирования или постоянной времени, что позволяет, в частности, косвенным образом судить о состоянии изоляции сети.

Сигнал и, кроме того, через сум- матер 28 и коммутационньи элемент 30 поступает на вход блока 4 управления реактором 2, благодаря чему производится автонастройка компенсации в нормальном режиме работы сети. Выход- ной сигнал и блока 36 упреждения настройки, суммируясь с сигналом U,(t), создает в контуре 1 заданную перекомпенсацию или недокомпенсацию, величина которой определяется только лишь сигналом и и не зависит от параметров контура 1. Блок 36 при необходимости может использоваться с целью программной коррекции настройки компенсации емкостной составляющей при возникновении однофазных замыканий . па землю для учета нелинейности вольт амперной характеристики реактора 2.

Сигнал и поступает на схему задания начальных условий в контуре ком- пенсации активной составляющей, которая образована сумматором 27, коммутационным элементом 29 и интегратором 34. Указанные элементы образуют инерционное звено, причем установившийся выходной сигнал интегратора 34 (а следовательно, и начальные условия в контуре компенсации активной составляющей) пропорционален сигналу Uj, т.е. активным потерям в контуре 1.

При возникновении в сети однофазного замь кания на землю блок 35 распознавания режимов работы сети блокирует работу генератора 37 опорного и поискового сигналов, в результате чего блок 12 создания искусственной несимметрии коммутирующим элементом 29 отключается от сети. По сигналу этого же блока снимается блокировка компенсатора 3 активной составляющей и в сеть немедленно вводится компенсирующее напряжение, величина которого соответствует иэмеренньм ранее активным потерям. Коммутирующий элемент 29 отключает вход интегратора 34 от схемь задания начальных условий и подключает его вьосоду активной сосг. тавляющей блока 33 настройки в р&жн- мах замьжания. В результате образуется замкнутый контур автокомпенсации активной составляющей, кЬторый отслеживает возможные изменения активных потерь в контуре 1. Кроме того, коммутирующи - элемент 30 переключает вход блока 4 управления на выход емкостной составляющей блока 33 настройки в режимах замыкания, благодаря чему образуется замкнутый контур автокомпенсации емкостной составляющей, который поддерживает резонансную настройку так же и в режимах замыкания.

С целью упрощения фильтры 10 и 11 и сумматор 9 целесообразно объединить в один узел (фиг.2). Выходной сигнал данной схемы определяется следующим оп.раторным выражением:

V(t) () (K,), где Т2 CiCiR Rf,

,5(i.|i.|i)

к, к J I L,., к J

т.с,к.(1-ьЬ.|);

к ,,

при условии, что с ,(R i Rj +R4X

Кроме того, должны выполняться следующие условия:

т 1/л, к лт..

где Л - круговая частота поиска.

Предлагаемое устройство работоспособно не только в нормальном режиме работы сети, но и в режимах замыканий, причем в указанных режимах оно осуп1ествляет автокомпенсацию как емкостной, так и активной составляющей, В нормальном режиме работы сети производится предварительная автонастройка компенсации не только емкостной, но-и активной составляющей.

Формула изобретения

Измеритель и всережимный автокомпенсатор токов однофазных замыкшчий в воздушных, кабельных и смешанных сетях, содержащий блок создания искусственной несимметрни, выход которого подк:лючен к сети с дугогасящим реактором через первьй коммутатор, к управляющему входу которого подключен первый выход генератора поискового и опорного сигналов, первый и второй фазовые детекторы, первые входы которых связаны с сетью через датчик напряжения смещения нейтрали или датчик тока дугогасящего реактора, вторые входы фазовых детекторов соединены с выходом блока создания искусственной несимметрии соответственно, непосредственно и через первый ортогонализатор, вьскоды первого и второго фазовых детекторов, соответственно, через первый и второй полосовые фильтры, настроенные на поисковую частоту, подключены к входам первого сумматора, выход которого присоединен к первому входу второго сумматора, первый син- xpoHiibm детектор, первое и второе релейные звенья, первый фильтр нижних частот, первьй индикатор, блок упрелсдения настройки, третий сумматор, блок управления дугогасящиг- реактором, причем вход первого релейного звена соединен с выходом второго сз мматора, а его выход - с входом первого фильтра низких частот, выход которого подключен к входу первого индикатора и первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока упреждения настройки, второй вход первого синхронного детектора подключен к второму выходу генератора поискового

7910

и опорного сигналов, а его выход - к второму входу второго сумматора, о т- личающийся тем, что, с целью расширения функцион.альных возможностей ,и повышения быстродейст

5

0

0

ВИЯ, он снабжен датчиком фазных напряжений сети, блоком настройки в режимах замьисания, блоком распознавания режимов работы сети, соединенным с зажимами для подключения к сети, компенсатором активной составляющей тока контура нулевой последовательности с блоком управления, четвертым и пятым сумматорами, вторым синхронным детектором, вторым ортогонализатором, фильтром низких частот, индикатором, вторым и третьим коммутаторами и интегратором, причем выходы датчика фазных напряжений сети и датчика напряжения смещения нейтрали или тока дугогасящего реактора подключены к входам блока настройки в режимах замыкания, первый 5 и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам второго и третьего коммутаторов, второй вход второго коммутатора и вход интегратора соединены между собой, выход интегратора соединен с первым входом блока управления, компенсатором активной составляющей и первым входом пятого сумматора, выход которого подключен к третьему входу второго коммутатора, вход блока распознавания режимов работы соединен с выходом датчика напряжения смещения нейтрали или тока дугогасящего реактора, его первый выход - с вторым входом блока управления компенсатором активной составляющей и управляющими входами второго и третьего коммутаторов, второй выход - с входом генератора поискового и опорного сигналов, второй выход которого соединен через второй ортогонализатор с вторым входом второго синхронного детектора, первый и второй входы четвертого сумматора подключены соответственно к выходам первого сумматора и второго синхронного детектора, первый вход которого соединен с входом второго фильтра низких частот, выход которого подключен к входу второго индикатора и второму входу пятого сумматора, при зтом вход и вьгход второго релейного звена подключены соответственно к выходу четвертого сумматора и соединенным между собой входами второ5

0

5

0

5

го синхронного детектора и второго соединен с третьим входом третьего фильтра низких частот, выход первого коммутатора, с вторьпч входом которо- релейного звена подключен также к го соединен вход блока управления

первому входу первого синхронногоj дугогасящим реактором, детектора, выход третьего сумматора

4-f

44

Pu.z.Z