УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ ДУГОГАСЯЩЕГО РЕАКТОРА

Сущность полезной модели: относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях среднего напряжения. Технический результат заключается в повышении точности настройки в условиях помех и низкого уровня полезного сигнала во всем диапазоне регулирования.
Известно, что свободная составляющая переходного процесса содержит полную информацию о параметрах электрической сети и используется для получения данных о собственной частоте колебаний, степени расстройки, емкости сети, добротности и других параметров контура нулевой последовательности (КНП) и применяется в устройствах настройки и компенсации емкостных токов замыкания на землю. Свободная составляющая, выделенная из переходного процесса, как правило, является источником данных для известных алгоритмов математической обработки сигналов во временной области. Способ выделения свободной составляющей в КНП электрической сети может применяться в устройствах, работающих в сетях с пониженной добротностью КНП, с параллельным включением нескольких реакторов, с комбинированным режимом заземления, где системы компенсации на основе других методов автоматической настройки и регулирования малоэффективны.
Уровень техники:
Для компенсации емкостных токов замыкания на землю в сетях 6-35 кВ используются настраиваемые дугогасящие реакторы (ДГР), включаемые в контур нулевой последовательности сети. Емкостные токи компенсируют индуктивным током ДГР подключенным к сети через нейтралеобразующий трансформатор. При точной настройке ДГР ток в месте замыкания на землю приобретает чисто активный характер и уменьшается до уровня суммарных активных потерь в ДГР и отходящих кабельных линиях, что значительно снижает вероятность перехода 033 в междуфазные короткие замыкания с дальнейшим повреждением первичного оборудования.
Для получения информации о текущей расстройке КНП применяются способы на основе измерения амплитудно-фазовых характеристик, наложения контрольного тока отличного от частоты сети и переходной характеристики КНП. Известно, что переходная характеристика контура нулевой последовательности, кроме расстройки, содержит наиболее полную информацию о сети, включая такие параметры как, частота собственных колебаний, индуктивность реактора, суммарная емкость и добротность КНП. Для получения переходной характеристики в составе устройств измерения и компенсации емкостных токов 033 дополнительно используется блок наложения, который создает кратковременное возмущение в нейтрали промышленной сети, либо используются естественные возмущения, которые возникают в следствии коммутаций отходящих линий.
Известен способ настройки компенсации емкостных токов по переходной характеристики КНП сети [1], выбранный в качестве первого прототипа. В данном способе для получения свободной составляющей КНП сети используется осциллограмма напряжения, снимаемая с трансформатора напряжения секции или с сигнальной обмотки ДГР. Свободная составляющая КНП сети выделяется как разностный сигнал двух фрагментов контрольной осциллограммы, зафиксированной до и после действия импульса опорного тока. Оценка расстройки производится путем сравнения промышленной частоты с частотой свободных колебаний КНП, после чего формируется регулирующее воздействие на индуктивность ДГР.
Недостатки способа - зависимость регулирующего воздействия от колебаний частоты промышленной сети, величины и фазы напряжения в контуре нулевой последовательности в момент подачи импульса опорного тока, малая амплитуда переходного процесса возмущения, низкая помехоустойчивость и, как следствие, высокая погрешность определения собственной частоты КНП. Эти недостатки ограничивают область применения рассмотренного способа.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является способ выделения свободной составляющей в устройстве управления настройкой ДГР [2]. Способ, применяемый в устройстве, предполагает получение оцифрованного сигнала возмущения и его задержку на целое число N полупериодов промышленной частоты, где для выделения свободной составляющей производится суммирование или вычитание текущего и задержанного оцифрованных сигналов при нечетном или четном числе N соответственно. После определения собственной частоты колебаний КНП формируется управляющее воздействие на ДГР через блок сопряжения, который приближает собственную частоту КНП к частоте сети.
Недостаток прототипа - в соответствии с описанием [2], суммирование прямого и задержанного фрагментов входного сигнала (для нечетного N) приводит к удвоению постоянной составляющей, которая возникает вследствие не симметрии аналоговых цепей, не учитываются колебания частоты промышленной сети, которые вносят погрешность в работу сумматора-вычитателя, малая амплитуда переходного процесса возмущения, что в целом приводит к невозможности или значительной погрешности определения собственной частоты КНП при малых уровнях полезного сигнала.
Известно, что при подаче импульса опорного тока в КНП возникает возмущение, пропорционально прикладываемой мощности к обмотке ДГР. Для получения максимально точного результата измерений полезный сигнал возмущения должен значительно превышать уровень помех, обусловленных наведенными напряжениями в кабеле и собственными шумами сети. Так как конструктивно сигнальная обмотка выполнена достаточно тонким проводом (1,5-2 мм), то увеличение мощности опорного тока с одной стороны повышает требования к источнику наложения опорного тока, а с другой может привести к повреждению сигнальной обмотки.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение точности настройки и достоверности результатов измерений во всем диапазоне регулирования ДГР.
Указанная цель достигается тем, что формируют опорный ток в контуре нулевой последовательности, контролируют напряжение нулевой последовательности, частоту промышленной сети, при этом способ отличается тем, что для выделения свободной составляющей обработка сигнала возмущения производится в несколько этапов в сумматоре-накопителе таким образом, что свободная составляющая комплексного сигнала возмущения складывается со своей задержанной копией в фазе, а сложение сигнала не симметрии со своей задержанной копией производится в противофазе, при этом время задержки Т должно быть равно целому количеству периодов N промышленной частоты. При этом суммирование противофазных сигналов эквивалентно вычитанию амплитуд, а вычитание двух противофазных сигналов эквивалентно сложению амплитуд.
Для возбуждения затухающих колебаний в контуре нулевой последовательности применяют несколько серий из одного или нескольких импульсов чередующейся полярности с периодом следования импульсов внутри серии близким или равным периоду собственных колебаний контура Тс, с периодом следования серий равным времени линии задержки Т. При этом входные аналоговые значения напряжения несимметрии оцифровывают, используя расчетное значение частоты дискретизации Fd, значение которой выбирают на каждом шаге из условия, что её отношение к частоте промышленной сети должно соответствовать целому значению N. Устройство автоматической настройки ДГР.
На основе данного способа реализовано устройство для автоматического управления плунжерным (или статическим) ДГР, см. фигуру 1(2). Схема содержит электрическую сеть с компенсированной нейтралью напряжением 6-35 кВ с коммутируемыми электрическими линиями и их фазными емкостями, нейтралеобразующий трансформатор 1, дугогасящий реактор 2, с подключенным к нему блоком управления приводом (секциями конденсаторов) 3, формирователь импульсов 4, подключенный к сигнальной обмотке 2 и блоку управления режимом компенсации 5, измеритель частоты сети 6, который подключен к обмотке «звезда» измерительного трансформатора напряжения 7, сумматор-накопитель 8, подключенный своим входом к обмотке «разомкнутый треугольник» трансформатора 7. При этом выход измерителя частоты подключен к первому входу блока 5, а выход сумматора накопителя ко второму входу блока 5. Кроме того, измеритель частоты сети 6 имеет два дополнительных выхода для управления параметрами линий задержек Т сумматора накопителя 8.
Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы сети, когда отсутствуют какие-либо возмущающие факторы сигнал на выходе сумматора накопителя отсутствует, при этом измеритель частоты сети 6 отслеживает изменения частоты промышленной частоты, корректирует параметр Т линий задержки и частоту дискретизации, уменьшая, таким образом, сигнал ошибки сумматора накопителя. В соответствии с алгоритмом блок управления режимом компенсации 5 через формирователь импульсов 4 подает серию импульсов тока разной полярности в сигнальную обмотку ДГР и по завершению серии запускает цикл вычисления собственной частоты КНП. Количество импульсов в серии выбирается исходя из добротности сети, и может быть от 1-3 для сетей с высокой добротностью и до 7-и в сетях с низкой добротностью. При наличии информации о собственной частоте сети период следования импульсов внутри серии выбирается близким или равным периоду свободных колебаний КНП. Блок управления режимом компенсации 5 сравнивает частоту свободных колебаний КНП с промышленной частотой и по результатам сравнения формирует управляющее воздействие через блок управления приводом (секциями конденсаторов) 3, который перемещая плунжер (изменяя емкость секции конденсаторов) увеличивает или уменьшает индуктивный ток реактора 2. Выходными величинами блока управления режимом компенсации 5 являются текущая величина коэффициента расстройки КНП сети, добротность контура, коэффициент затухания. При этом расстройка контура нулевой последовательности вычисляется по формуле:
где  - собственная частота контура;  - частота промышленной сети.
Экспериментальные осциллограммы работы устройства приведены на фигурах 3 и 4.
Высокая точность измерений и настройки в данном способе достигается за счет:
- увеличения амплитуды полезного сигнала посредством синфазного способа подачи импульсов «накачки» в контуре нулевой последовательности сети;
- увеличения амплитуды полезного сигнала в несколько раз посредством статистического накопления полезного сигнала после серии возмущений в сумматоре-накопителе;
- уменьшения сигнала несимметрии за счет 2-х кратного вычитания в сумматоре накопителе;
- уменьшении погрешности измерений путем коррекции частоты дискретизации и времени задержки Т в зависимости от текущей частоты сети, что обеспечивает стационарность процесса измерений.
Проведенные испытания доказали работоспособность заявляемого способа, а также достижение заявляемого результата: повышение точности настройки и достоверности результата измерения.
Литература:
1. Патент на изобретение №2475915. Способ настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях. Ильин В.Ф., Петров М.И., Соловьев И.В. Опубликовано в Бюл. №5 20.02.2013г.
2. Патент на полезную модель №147273. Устройство управления настройкой дугогасящего реактора. Березкин Е.Д., Марченко Г.Н. Опубликовано в Бюл. №30 27.10.2014 г.