УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ НАСТРОЙКОЙ ДУГОГАСЯЩЕГО РЕАКТОРА

Область техники
Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована на электроподстанциях для управления настройкой дугогасящих реакторов, компенсирующих емкостные токи замыкания на землю в сетях 6-35 кВ.
Уровень техники
Для компенсации емкостных токов замыкания на землю в сетях 6-35 кВ используются настраиваемые дугогасящие реакторы (ДГР), включаемые в контур нулевой последовательности (КНП) сети, например, в нейтраль силового трансформатора. Емкостные токи компенсируются при совпадении резонансной частоты КНП, настраиваемого путем регулирования индуктивности ДГР, с частотой напряжения сети (промышленной частотой). Известно, выбранное в качестве прототипа, устройство управления настройкой ДГР, формирующее управляющие воздействия на регулятор индуктивности ДГР для компенсации емкостных токов замыкания на землю и содержащее вычислительный модуль, снабженный аналого-цифровым преобразователем, предназначенным для оцифровки напряжения смещения нейтрали, в которую включен дугогасящий реактор [RU 2475915]. Вычислительный модуль прототипа для выделения свободной составляющей возбужденных колебаний фиксирует напряжение смещения нейтрали (НСН), в которую включен ДГР, и выделяет разностный сигнал, полученный путем наложения двух участков кривой этого напряжения, зафиксированных до и после действия импульса возбуждения.
Недостаток прототипа - низкая достоверность определения собственной частоты КНП, зависимость регулирующего воздействия, формируемого после каждого импульса опорного тока, от величины и фазы напряжения нулевой последовательности (ННП) сети и, как следствие, низкая точность и затяжной характер процесса компенсации емкостных токов замыкания на землю.
Этот недостаток обусловлен следующим. Контролируемый сигнал НСН в отсутствие импульса возбуждения представляет собой напряжение нулевой последовательности (ННП), уровень которого определяется несимметрией фаз сети, а частота совпадает с частотой напряжения сети. После воздействия импульса возбуждения к ННП добавляется свободная составляющая переходного процесса, за короткое время затухания которой ННП практически остается неизменным по величине, частоте и фазе. При выделении свободной составляющей переходного процесса (несущей информацию о собственной частоте КНП) ННП проявляется как помеха, на устранение которой направлена процедура наложения сигналов (фрагментов контролируемого НСН), зафиксированных до и после действия импульса возбуждения соответственно. При этом первый сигнал содержит указанную помеху в чистом виде, а второй - в сумме со свободной составляющей возникшего переходного процесса.
При наложении фрагментов, зафиксированных согласно прототипу до и после действия импульса возбуждения, фазы ННП на налагаемых фрагментах случайны и исключение мешающего ННП из получаемого сигнала при наложении (сложении или вычитании) происходит лишь с малой вероятностью. Получаемый в результате такого наложения сигнал будет в большинстве случаев содержать не только свободную составляющую переходного процесса, но и помеху, величина которой будет зависеть от амплитуды и случайной разности фаз ННП в зафиксированных и налагаемых друг на друга сигналах. Собственная частота КНП сети и регулирующее воздействие на ДГР по такому сигналу определяются недостоверно, процесс настройки становится неустойчивым, а ток замыкания на землю остается нескомпенсированным.
Раскрытие сущности полезной модели
Предметом полезной модели является устройство управления настройкой дугогасящего реактора для компенсации емкостных токов замыкания на землю, содержащее вычислительный модуль, снабженный аналого-цифровым преобразователем, предназначенным для оцифровки напряжения смещения нейтрали, в которую включен дугогасящий реактор, и подключенные к интерфейсу вычислительного модуля возбудитель колебаний и блок сопряжения с регулятором индуктивности дугогасящего реактора, при этом, вычислительный модуль выполнен с возможностью задержки оцифрованного сигнала, поступающего с аналого-цифрового преобразователя, на целое число N полупериодов промышленной частоты, выделения свободной составляющей возбужденных колебаний в виде суммы или разности текущего и задержанного оцифрованных сигналов при нечетном или четном числе N соответственно, определения частоты выделенной свободной составляющей и формирования управляющих воздействий на регулятор индуктивности дугогасящего реактора, приближающих указанную частоту к промышленной частоте.
Заявляемая полезная модель отличается от прототипа тем, что вычислительный модуль выполнен с возможностью задержки оцифрованного сигнала, поступающего с аналого-цифрового преобразователя, на целое число N полупериодов промышленной частоты и выделения свободной составляющей возбужденных колебаний в виде суммы или разности текущего и задержанного оцифрованных сигналов при нечетном или четном числе N соответственно.
Это отличие в совокупности с остальными признаками заявляемой полезной модели позволяет повысить точность и оперативность компенсации емкостных токов замыкания на землю.
Полезная модель имеет развитие, состоящее в том, что вход аналого-цифрового преобразователя через дополнительно введенный дифференциальный усилитель подключен к выходу возбудителя колебаний.
Это позволяет снимать контролируемое устройством напряжение непосредственно с сигнальной обмотки ДГР, исключив необходимость дополнительного подключения устройства к измерительному трансформатору напряжения нулевой последовательности.
Осуществление полезной модели с учетом ее развития
На фиг. 1 приведена структурная схема, иллюстрирующая осуществление заявляемого устройства. На схеме показан вычислительный модуль 1, снабженный аналого-цифровым преобразователем 2. К интерфейсу 3 вычислительного модуля 1 подключены возбудитель 4 колебаний и блок 5 сопряжения. Кроме того, на фиг. 1 показаны настраиваемый ДГР 6, через который заземлена нейтраль силового трансформатора 7, подключенного к электрической сети, и условно показаны пунктиром распределенные емкости фаз этой сети на землю. ДГР 6 снабжен сигнальной обмоткой 8 и регулятором 9 индуктивности (например, приводом плунжера ДГР).
Выход возбудителя 4 подключен к сигнальной обмотке 8. Вход аналого-цифрового преобразователя 2, предназначенного для оцифровки напряжения смещения нейтрали, заземленной через дугогасящий реактор 6, может быть подключен по аналогии с прототипом к обмотке «разомкнутый треугольник» измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности или в частом случае, показанном на фиг. 1, - к сигнальной обмотке 8 через дифференциальный усилитель 10.
Выход блока 5 подключен к входу регулятора 9.
Вычислительный модуль 1 выполнен на основе программируемого микропроцессора, осуществляющего цифровую обработку сигналов с возможностью задержки оцифрованного сигнала, поступающего с аналого-цифрового преобразователя 2, на целое число N полупериодов промышленной частоты, выделения свободной составляющей возбужденных колебаний в виде суммы или разности текущего и задержанного оцифрованных сигналов при нечетном или четном числе N соответственно, определения частоты выделенной свободной составляющей переходного процесса и формирования воздействий на блок 5 сопряжения с регулятором 9 индуктивности ДГР 6, приближающих указанную частоту к промышленной частоте (50 Гц).
Для иллюстрации новых функциональных возможностей модуля 1 на фиг. 2 условно показаны: элемент задержки 11 на время τ=NT/2 и сумматор/вычитатель 12, к входам которого подключены вход и выход элемента 11.
Устройство работает следующим образом.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2 оцифровывает сигнал, пропорциональный напряжению смещения нейтрали, поступающий на его аналоговый вход с сигнальной обмотки 8 через усилитель 10. До подачи импульса возбуждения этот сигнал представляет собой (в соответствующем масштабе) напряжение смещения нейтрали, заземленной через ДГР 6. Уровень этого напряжения зависит от несимметрии фаз сети, а частота совпадает с частотой сетевого напряжения.
Поступающий с выхода АЦП 2 оцифрованный сигнал A(t), представляющий собой отсчеты напряжения на обмотке 8, обрабатывается модулем 1 следующим образом (см. фиг. 2).
Сигнал A(t) запоминается в памяти модуля 1 и через время NT/2, где N - целое число, а T - период промышленной частоты, обеспечивающее получение сигнала A(t-τ), задержанного на время τ=NT/2, суммируется (в случае нечетного N) с текущим оцифрованным сигналом A(t), поступающим с выхода АЦП 2, или вычитается (в случае четного N) из сигнала A(t).
В отсутствие переходного процесса, вызываемого импульсом, поступающим от возбудителя 4, оба сигнала A(t-τ) и A(t) представляют собой переменное напряжение смещения нейтрали с периодом повторения T. Поскольку сигнал A(t-τ) задержан (сдвинут во времени) элементом 11 на время τ=NT/2, результирующий сигнал C(t), полученный вышеописанным образом, в отсутствие переходного процесса будет равен или близок к нулю и не подвергается дальнейшей цифровой обработке в модуле 1.
Возбудитель 4 выдает на сигнальную обмотку 8 реактора 6 с интервалом, многократно превышающем период T, короткий импульс возбуждения, вызывающий переходный процесс в КНП сети.
В этом переходном процессе (до его затухания) сигнал A(t) на входе элемента 11 задержки представляет собой сумму принужденной составляющей переходного процесса (короткого импульса возбуждения), затухающей свободной составляющей переходного процесса и помехи A(t) в виде напряжения смещения нейтрали с периодом повторения Т. Сигнал A(t-τ) на выходе элемента 11 задержки представляет собой напряжение смещения нейтрали в отсутствие переходного процесса, воспроизведенное с задержкой τ=NT/2 относительно сигнала A(t). Поэтому сигнал C(t), полученный на выходе элемента 12, в результате наложения (сложения при нечетном N или вычитания при четном N) сигналов A(t) и A(t-τ), содержит (после прекращения действия короткого импульса возбуждения) только затухающую свободную составляющую, колеблющуюся с собственной частотой КНП сети.
По усредненной частоте колебаний сигнала C(t), полученного на выходе элемента 12, определяется собственная частота КНП сети. К выполнению этой функции модуль 1 может приступать по сигналу от возбудителя 4 или по превышению сигналом C(t) заданного порога.
Необходимая для усреднения длительность фрагмента колебаний затухающей свободной составляющей, очищенной от мешающего напряжения, обеспечивается соответствующей величиной задержки τ=NT/2 (задаваемой выбором целого числа N). В типичном случае N=9÷11 и может корректироваться на основании экспериментальных данных.
Выделенная собственная частота свободной составляющей сравнивается с промышленной частотой. По результатам сравнения модуль 1 формирует соответствующее управляющее воздействие через блок 5 на регулятор 9, который увеличивает или уменьшает индуктивность реактора 6, приближая указанную частоту к частоте электрической сети. Это воздействие формируется после каждого импульса возбуждения до тех пор, пока не будет достигнута заданная точность настройки (например, 5%).
Как видно из вышеизложенного, в результате работы заявляемой полезной модели свободная составляющая переходного процесса и, как следствие, собственная частота КНП сети и регулирующее воздействие на ДГР определяются (в отличие от прототипа) с высокой достоверностью после каждого импульса возбуждения. Это обеспечивает оперативную, точную и устойчивую компенсацию емкостных токов сети и, как следствие, снижение остаточной величины нескомпенсированного тока замыкания на землю.