Способ автоматической компенсации емкостного тока замыкания сети на землю Советский патент 1980 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к системам автоматической настройки компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в электрических сетях. Известен способ настройки компенсации емкостного тока в режиме однофазного замыкания сети на землю, согласно которому вьщеляют разность фаз между напряжением смещения нейтрали и напряжением поврежденной фазы и по полученной разности фаз на страивают индуктивность компенсирующей катушки. Нулевая разность фаз соответствует минимуму тока в месте замыкания. Данный способ использова в устройстве для автоматического ре гулирования тока компенсации 1, Однако в этом способе настройки компенсации по фазовым характеристи кам сети, управляющее воздействие, определяемое разностью фаз как функ цией расстройки компенсации, может носить релейный характер вблизи точ ки резонанса, что неизбежно приводи к возникновению автоколебаний в сис теме . Наличие автоколебаний делает подобные системы практически неприменимыми в сочетании с плунжерными компенсирующими реакторами, а в со-четании с реакторами, управляемыми подмагничиванием, автоколебательный процесс настройки приводит к увеличению остаточного тока в месте замыкания и тем большему, чем больше амплитуда автоколебаний. Снижение амплитуды автоколебаний в свою очередь связано с уменьшением быстродействия системы. Указанные недостатки фазовой системы отсутствуют в системах компенсации емкостных токов, организованных по принципу самонастраивающихся систем с поисковой модуляцией параметров, у которых критерием самонастройки является минимум напряжения поврежденной фазы, т.е. минимум тока через место однофазного замыкания сети на землю. Этот способ построения самонастраивающихся систем компенсации является наиболее Н изобретению. По способупрототипу индуктивности компенсирующей катушки сообщают поисковые периоч дические колебания, производят амплитудное детектирование напряжения поврежденной фазы и вьщеляют сигнал поисковой модуляции при помощи полосового фильтра, настроенного на частоту поиска, затем умноукают выделен ный сигнал поисковой модуляции на опорный сигнал, синхронный с поиско вым, отфильтровывают постоянную составляющую, произведения указанных сигналов и пастраивают по ней индуктивность компенсирующей катушки 2 . В устройстве, реализующем предла гаемый способ/ к блоку амплитудного детектирования предъявляются повыаенные требования, так как амплит да напряжения поврежденной фазы мен ется в весьма широких пределах, что связано с больщим диапазоном изменений сопротивления места замыкания. Это обстоятельство и факт использования большого числа активных элементов (операционных усилений и т.д.), необходимых при реализации указанных операций, усложняет устройство и снижает надежность. К недостаткам обсуждаемого способа отно сится- также ограниченная скорость настройки компенсации. Объясняется это тем. Что для заботоспособности системы необходима достаточно высокая степень фильтрации высокочастот ных гармоник, при которой обеспечивается должная помехозащищенность ,системы. Увеличение же степени фильтрации при сохранении прежнего быстродействия снижает дина шческую устойчивость и качество процессов управления самонастраивающейся системы компенсации. Целью изобретения является повышение быстродействия и улучшение ди намики настройки. Указанная цель достигается тем, что в способе автоматической компенсации емкостного тока замыкания сети на землю, основанном на введении поисковой модуляции индуктивности компенсирующей катушки с последующим контролем параметра, харак теризующего состояние сети, и изменением индуктивности компенсирующей катушки в зависимости от значения контролируемого параметра, модуляцию индуктивности компенсирующей атушки осуществляют синхронно и синфазно с напряжением поврежденной фазы, при этом в качестве параметоа, характеризующего состояние сети используют амплитуды положительной и отрицательной полуволн напряжения поврежденной фазы, сравнивают их между собой и в случае превышения амплитуды положительной полуволны формируют сигнал.на увеличение индуктивности компенсирующей катушки, а в случае превышения амплитуды отрицательной полуволны формируют сигнал на уменьшение индуктивности компенсирующей катушки. На фиг. 1 и фиг. 2 представлены график, и устройство, реализующие данный способ. Фиг. 1 содержит экстремальную зависимость 1 амплитуды А напряжения поврежденной фазы от индуктивности L компенсирующей катушки, напряжение 2 (период напряжения) поврежденной фазы и поисковые колебания 3. Причем режиму перекомпенсации соответствуют кривые 2 и З , недокомпенсацИи - 2, 3 и резонансу - 2, 3. На фиг. 2 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ. Схема содержит блок 4 выбора поврежденной фазы, входы которого подключены к низковольтным обмоткам трансформатора 5 (трансформатора напряжения фаз сети) , а его выход на вход амплитудного дискриминатора б, Выход дискриминатора 6 связан с входом интегратора 7, выход которого соединен с входом усилителя мощности 8 в цепи управления катушкой индуктивности 9, подключенной к сети через присоединительный трансформатор 10. Работа способа заключается в следующем. При модуляции индуктивности компенсирующей катушки сигналом, синхронным и синфазным с напряжением поврежденной фазы, само напряжение поврежденной фазы трансформируется так, что амплитуда положительных полуволн при перекомпенсации меньше амплитуды отрицательных полуволн, а при недокомпенсации наоборот амплитуда отрицательных полуволн меньше амплитуды положительных полуволн о При точной компенсации амплитуды положительной и отрицательной полуволн равны. Кроме того, при введении указанной модуляции в напряжении поврежденной фазы возникает постоянная составляющая, величина и знак которой определяется расстройкой компенсации. Изложенное иллюстрируется на фиг. 1. Минимум амплитуды А напряжения поврежденной фазы соответствует резонансному значению индуктивности Lpej. Поисковые колебания 3 индуктивности осуществляется синхронно (с частотой сети) . и синфазно с напряжением 2, что на фиг. 1 отображено соответствующими моментами перехода t, t, t через нуль напряжения 2 поврежденной фазы и поисковых колебаний 3, а именно моментами f- l «-I f f ы t t 0 --t J 1 -Q a. O -1 n J - i л - ) V. Jrj f f u ДЛЯ режимов недокомпенсации, перекомпе.нсации и для режима резонансной настройки. Под воздействием сигнала поиска в режиме перекомпенсации т.е. когда L Lpgj, амплитуда напряжения поврежденной фазы устанавливается равной А+ в положительный полупериод (, t ) и А - в отрицательный полупериод (t, t). Из фиг. 1 видно, что при перекомпенсации . В случае недокомпенсации,

т.е. когда L справедливо уже обратное неравенство (см,фиг. В точке L Lpgj амплитуды указанных полуволн совпадают, т.е. А А ,

То же самое можно сказать и о площадях этих полуволн. Разность площадей представляет собой постоянную составляющую напряжения 2 поврежденной фазы, которая, как и разность амплитуд положительнсэй и отрицательной полуволн, при перекомпенсадии больше нуля, при недокомпенсации меньше нуля и равна нулю в режиме резонанса.

Следовательно, как разность амплитуд положительной и отрицательной полуволн, так и постоянная составляющая напряжения поврежденной фазы в равной мере несут информацию о величине и знаке расстройки системы. Эта информация используется да лее для настройки индуктивности компенсирующей катушки на оптимальное состояние Lpei,,

В качестве примера рассмотрим работу устройства (фиг. 2) автоматической минимизации тока замыкания сети на землю по разности амплитуд положительной и отрицательной полуволн .напряжения поврежденной фазы.

В режиме однофазного замыкания сети на землю блок 4 выбора поврежденной фазы подключает вход амплитудного дискриминатора б к соответствующей никзовольтной обмотке трансформатора 5. Амплитудный дискриминатор б, предназначенный для выделения разности амплитуд положительных и отрицательных полуволн напряжения поврежденной фазы, состоит из двух разнополярных однополупериодных выпрямителей, выход одного из которых соединен с землей, а выход другого с входом интегратора 7. Нагрузкой каждого выпрямителя является конденсатор и резистор, включенные параллельно. Значения амплитуд положительных и отрицательных полуволн запоминаются на соответствующих конденсаторах со своими .знаками. Напряжение на выходе амплитудного дискриминатора б, относительно земли, подаваемое на вход интегратора 7, содержит в себе постоянную составляющую, пропорциональную разности амплитуд положительной и отрицательной полуволн, которая является управляющим сигналом. Переменная же составляющая выходного напряжения амплитудного-дискриминатора, проходя интегратор 7 и усилитель мощности 8, играет роль поискового сигнала, модулирующего индуктивность компенсирующей катушки 9. Причем уровень переменной составляющей (в зависимости от значения индуктивности компенсирующей катушки) меняется аналогично напряжению поврежденной фазы, что делает величину сиг

нала поиска, а следовательно, и .сигнала управления приблизительно пропорциональной абсолютной величине расстройки компенсации. Последнее дополнительно улучшает динамику самонастраивающейся системы компенсации.

Таким образом, предлагаемый способ построения автоматических систем компенсации с модуляцией индуктивности компенсирующей катушки сигналом

o синхронным и синфаз11ым с напряжением поврежденной фазы, в отличие от способа-прототипа, . позволяет сократить количество операций обработки сигна-, лов до одной, а именно до операции

5 сравнения амплитуд положительной и отрицательной полуволн напряжения поврехаденной фазы или до операции выделения постоянной составляющей из этого напряжения, что позволяет уп0ростить и повысить надежность устройств автоматической компенсации. . Следует отметить, что для формирования сигнала поиска не требуется дополнительных затрат (например,

5 специального генератора поискового сигнала), так как этой целью можно использовать само напряжение поврежденной фазы. Кроме того, равенство между частотой поиска и частотой сети, малая инерционность канала

0 самонастройки, вносимая только амплитудными дискриминатором или сглаживающим фильтром, а также возможность введения зависимого сигнала поиска, амплитуда которого пропор5циональна абсолютной величине расстройки компенсации, все это позволяет достичь высокой скорости настройки тока замыкания на минимум при апериодическом (если усреднить на

0 периоде поиска) переходном процессе, что в свою очередь повышает эффективность компенсации, надежность функционирования и безопасность эксплуатации электрической сети.

45

Формула изобретения

Способ автоматической компенсации емкостного тока замыкания сети на землю, основанный на введении поисковой модуляции индуктивности компенсирующей катушки, с последующим контролем параметра, характеризующего состояние сети, и изменением индуктивности компенсирующей катушки в зависимости от значения контролируемого параметра, о т л и ча°ющийся тем, что, с целью повышения быстродействия и улучшения динамики настройки, модуляцию индуктивности компенсирующей катушки осуществляют синхронно и синфазно с напряжением поврежденной фазы, при этом в качестве параметpa, характеризующего состояние сети, используют амплитуды положительной и отрицательной полуволн напряжения поврежденной фазы, сравнивают их между собой и в случае превышения амплитуды положительной .полуволны формируют сигнал на увеличение индуктивности компенсирующей катушки, а в случае превышения амплитуды отрицательной полуволны формируют сигнал на уменьшение индуктивности компенсирующей катушки.

Л

Источники информации принятые вр внимание при экспертизе,

1.Авторское свидетельство СССР № 330509, кл. Н 02 I 3/12, 1972.

2.Отчет НИР Разработка и внедрение автоматической системы компенсации емкостных токов однофазных замыканий в кабельных сетях,

6660355, 1977, с. 82-83, 163-190.