Устройство для настройки дугогасящего реактора

Полезная модель относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к средствам компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю в многофазных электрических сетях с изолированной нейтралью.
Электрические сети с изолированной и компенсированной нейтралью могут передавать электрическую энергию потребителям даже при замыкании одной фазы на землю. Однако, при большой емкости фаз этой сети относительно земли, токи однофазных замыканий на землю достигают нескольких десятков и даже сотен Ампер и представляют опасность для жизни и могут приводить к более тяжелым междуфазным замыканиям и интенсивному развитию аварийной ситуации в электроэнергетической системе.
В месте повреждения, как правило, возникает электрическая дуга, которая представляет опасность из-за термического действия на междуфазную изоляцию и на окружающую среду и создания условий для возникновения перенапряжений в электрической сети.
Негативное влияние однофазных замыканий на землю предотвращают путем компенсации возникающих при этом емкостных токов за счет включения дугогасящего реактора (индуктивности) между нейтральной точкой сети и землей. Причем, индуктивность дугогасящего реактора (ДГР) должна быть такой, чтобы в контуре нулевой последовательности (КНП) сети, возникающем при однофазном замыкании на землю, создавался режим близкий к резонансу. Однако емкость сети в процессе работы изменяется и, для обеспечения компенсации емкостных токов однофазного замыкания, необходимо регулировать индуктивность дугогасящего реактора.
Известно устройство, которое создает в контуре нулевой последовательности опорный ток непромышленной частоты, измеряет полный ток КНП и напряжение смещения нейтрали относительно земли, по этим измеренным величинам вычисляет текущую расстройку КНП, и управляющими воздействиями на ДГР регулирует индуктивность ДГР [1].
Недостатком известного устройства является необходимость создания сильного возмущения КНП и, следовательно, необходимость применения мощного источника опорного тока.
Наиболее близким по технической сущности решением является устройство [2] (прототип), в котором не требуется создавать сильные возмущения в сети и использовать источник опорного тока большой мощности. Техническая особенность этого устройства заключается в том, что для определения параметров КНП и формирования управляющих воздействий на ДГР используется свободная составляющая переходного процесса, содержащая информацию о собственной частоте и добротности КНП, которая выделяется из напряжения смещения нейтрали. Для формирования в КНП сети свободных составляющих переходного процесса используется источник небольшой мощности, периодически воздействующий на КНП сети.
Недостатком известного устройства является необходимость непрерывного периодического воздействия тестовыми импульсами на КНП и недостаточно высокая точность выделения свободной составляющей переходного процесса из напряжения смещения нейтрали сети.
Целью предложенной полезной модели является повышение точности компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю и снижение интенсивности возмущающих воздействий на сеть.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для настройки дугогасящего реактора, содержащем блок формирования тестовых импульсов, выход которого соединен с входом наложения дугогасящего реактора, вычислитель расстройки, регулятор, выход которого подключен к входу регулирования дугогасящего реактора, дополнительно введены аналого-цифровой преобразователь, на первый вход которого подается напряжение нулевой последовательности сети, нерекурсивный фильтр, входом подключенный к выходу аналого-цифрового преобразователя, а выходом к первому входу вычислителя расстройки, блок управления, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, его второй вход соединен с выходом нерекурсивного фильтра, его третий вход соединен с выходом вычислителя расстройки, первый выход блока управления соединен с входом блока формирования тестовых импульсов, второй выход блока управления подключен к входу регулятора. Кроме этого дополнительно введен измеритель частоты сети, на вход которого подается напряжение сети, а его выход соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя и со вторым входом вычислителя расстройки.
Применение нерекурсивного фильтра обеспечивает повышение точности выделения свободных колебаний, что обеспечивает более точное определение расстройки и, следовательно, более точную настройку ДГР.
В предложенном устройстве, в отличие от прототипа, нет необходимости непрерывно воздействовать на сеть тестовыми импульсами. Формирование тестовых импульсов осуществляется в предложенном устройстве только при изменении параметров сети, т.е. при необходимости регулировать ДГР.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показал, что заявленное устройство отличается от известного тем, что содержит новые элементы с новыми связями.
Новое устройство позволяет получить повышение точности компенсации емкостных токов при однофазных замыканиях на землю за счет более совершенного нерекурсивного фильтра и снижение интенсивности возмущающих воздействий на сеть.
Таким образом, заявленное устройство проявляет новые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, и соответствует критериям «новизна» и «существенные отличия».
На фиг. 1 представлена базовая структурная схема устройства. На фиг. 2 - структурная схема устройства с дополнительным блоком - измерителем частоты сети.
На фиг. 1 и фиг. 2 приняты следующие обозначения: 1 - блок формирования тестовых импульсов; 2 - вычислитель расстройки; 3 - регулятор; 4 - аналого-цифровой преобразователь; 5 - нерекурсивный фильтр; 6 - блок управления; 7 - дугогасящий реактор; 8 - нейтралеобразующий элемент сети; 9 - измеритель частоты сети.
Устройство работает следующим образом. В нормальных стационарных режимах сети, когда симметрия сети относительно земли не нарушена, напряжение нулевой последовательности, практически, равно нулю. Соответствующий цифровой код с выхода аналогово-цифрового преобразователя 4 поступает на первый вход блока управления 6, и блок управления запрещает блоку 1 формирование тестовых импульсов. Регулятор 3 не меняет индуктивность дугогасящего реактора, и он остается в исходном состоянии.
При изменении емкости сети (подключении или отключении элементов сети, например, линий электропередачи) или нарушении симметрии сети относительно земли появляется напряжение нулевой последовательности. Это напряжение преобразуется аналого-цифровым преобразователем 4 в цифровой код, который поступает в блок управления 6. Блок управления 6 разрешает блоку 1 формирование тестовых импульсов. Сформированный блоком 1 тестовый импульс поступает на вход наложения дугогасящего реактора 7 и в контуре нулевой последовательности сети создается возмущающее воздействие, которое вызывает появление свободных колебаний. Входом наложения ДГР служат, например, зажимы измерительной или другой обмотки ДГР. Свободные составляющие переходного процесса выделяются нерекурсивным фильтром 5. Блоком 2 определяется резонансная частота КНП и вычисляется расстройка КНП относительно частоты сети. По вычисленному значению расстройки блоком 6 разрешается, а регулятором 3 реализуется регулирование индуктивности ДГР 7.
В нормальных режимах частота сети незначительно отличается от номинальной, и можно считать ее постоянной величиной, например, номинальной частотой 50 Гц. Однако, в отдельных особых случаях возможно существенное изменение частоты сети. Поэтому в устройстве по фиг. 2 предусмотрен блок 9, обеспечивающий контроль частоты сети, что позволяет повысить точность вычисления расстройки КНП, а, следовательно, и повысить точность настройки ДГР.
Благодаря применению в устройстве нерекурсивного фильтра, обладающего повышенной чувствительностью, достигается повышение точности выделения свободной составляющей переходного процесса в напряжении нулевой последовательности. Это обеспечивает повышение точности определения расстройки КНП и регулирования ДГР в целом. Причем, этот эффект достигается при незначительных возмущающих воздействиях на сеть, которые реализуются не постоянно, как в прототипе, а только по мере необходимости.
Источники информации:
1. А.с. №1443077 (Россия). Гумин М.И. Способ настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях. Опубл. в БИ 45, 1988 г.
2. Патент РФ №2475915. Ильин В.Ф., Петров М.И., Соловьев И.В. Способ настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях. Опубл. 20.02.2013.