Способ автоматического регулирования напряжения смещения нейтрали в компенсированной сети
METHOD OF AUTOMATIC NEUTRAL BIAS VOLTAGE REGULATION IN A COMPENSATED NETWORK

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано в компенсированных распределительных сетях.
В распределительных сетях при резонансных режимах настройки компенсации возникает повышенное напряжение смещения нейтрали, обусловленное естественной несимметрией трехфазной сети относительно земли. В этих условиях напряжение смещения нейтрали может достигать недопустимого уровня, соизмеримого с уровнем фазного напряжения,
Известен способ устранения сверхнормативного напряжения смещения нейтрали путем транспонирования протяженных фазных проводников так, чтобы суммарные емкости фаз сети были примерно равными [1]. В ряде случаев для выравнивания фазных емкостей используют перераспределение конденсаторов высокочастотной связи [2].
Симметрирование фазных проводимостей посредством транспонирования линий требует значительных затрат на реализацию и применяется редко. При симметрировании сети за счет конденсаторов высокочастотной связи трудно обеспечить необходимый баланс фазных проводимостей из-за ограниченного диапазона регулирования.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ автоматического регулирования напряжения смещения нейтрали в компенсированных сетях, в котором изменяют добротность контура нулевой последовательности сети путем измерения напряжения нейтрали, сравнения его с напряжением уставки и регулирования угла коммутации резистора в нейтрали [3].
В условиях нормальной работы сети при отсутствии замыкания на землю за счет регулирования угла коммутации резистора устанавливается пониженная добротность контура сети, при которой обеспечивается приемлемое значение напряжения смещения нейтрали. При возникновении замыкания на землю резистор отключается от нейтрали, добротность контура нулевой последовательности сети возрастает и в сети устанавливается независящий от резистора режим компенсации тока в месте замыкания на землю.
Однако известный способ эффективен лишь в сетях с относительно невысокой степенью несимметрии и высокой добротностью контура нулевой последовательности. При низкой добротности контура нулевой последовательности сети невозможно обеспечить необходимую точность настройки, что существенно снижает эффективность компенсации. В свою очередь, в условиях низкой добротности контура сети велики риски потери устойчивости и полного отказа автоматической системы компенсации.
Следует отметить, что известным способом подавляется не сам источник, обусловленный небалансом фазных проводимостей, а лишь создаваемое им в условиях нормальной работы сети повышенное напряжение смещения нейтрали. При однофазном замыкании на землю указанный источник создает дополнительный подпитывающий ток в месте замыкания на землю, что приводит к снижению эффективности резонансной компенсации в целом.
Таким образом, известный способ оказывается недостаточно эффективным в сетях, характеризуемых повышенной несимметрией и пониженной добротностью. Эти факторы ограничивает область применения известного способа.
Целью предложенного изобретения является повышение эффективности и расширение области применения.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе автоматического регулирования напряжения смещения нейтрали в компенсированной сети, заключающемся в том, что в нормальном режиме работы сети измеряют напряжение смещения нейтрали относительно земли, сравнивают его с заданным пороговым уровнем и изменяют напряжение смещения нейтрали, отличающийся тем, что при превышении напряжением смещения нейтрали напряжения заданного порогового уровня подают в нейтраль сети ток, регулируют его путем выравнивания напряжения смещения нейтрали с потенциалом земли, измеряют ток, запоминают и воспроизводят его.
Решению поставленной задачи способствуют следующие частные признаки.
Измеренный ток раскладывают на гармонические составляющие и воспроизводят его в виде суммы соответствующих гармоник.
При возникновении однофазного замыкания на землю поддерживают в нейтрали сети ток, который подавался в нейтраль до момента возникновения однофазного замыкания.
Заявленное техническое решение предусматривает подключение к нейтрали управляемого источника с соответствующим алгоритмом регулирования тока, обеспечивающим полную нейтрализацию источника несимметрии. К тому же регулирование напряжения смещения нейтрали осуществляется независимо от добротности контура нулевой последовательности сети. При этом устраняется составляющая тока замыкания на землю, обусловленная источником несимметрии сети.
Указанные факторы обуславливают повышенную эффективность и более широкую область заявленного технического решения.
На чертеже приведена схема устройства, реализующего предложенный способ.
мин.норм
макс.норм
мин.ОЗЗ
Электрическая сеть содержит управляемый дугогасящий реактор 1, подключенный к точке нейтрали, созданной искусственно нейтралеобразующим трансформатором 2, и управляемый источник 3, подключенный выходом к точке нейтрали через согласующий трансформатор 4, а входом - к выходу системы управления 5, на входы которой поступают сигналы от вторичных обмоток измерительных трансформаторов тока 6 и напряжения 7. Система управления 5 содержит усилитель-формирователь 8, на вход которого поступают сигналы с первого узла рассогласования 9, образующего цепь обратной связи по напряжению смещения нейтрали, и второго узла рассогласования 10, образующего цепь обратной связи по выходному току источника 3. Сигналы обратной связи, от вторичных обмоток трансформатора напряжения 7 и тока 6, поступают на первые входы узлов рассогласования 9 и 10 через коммутаторы 11 и 12. На вторые входы указанных узлов рассогласования поступают опорные сигналы напряжения и тока, записанные в блоках 13 и 14. Состояние коммутаторов 11 и 12 и блока опорного сигнала 14 программируется блоком 15 по факту перехода текущим напряжением смещения нейтрали заданных пороговых уровней, определяющих нижний U и верхний U пороги рабочей зоны напряжения смещения нейтрали при нормальной работе сети и нижний порог напряжения U при однофазном замыкании на землю.
В блоке 13 по умолчанию фиксируется минимальное опорное напряжение, соответствующее потенциалу земли. В блоке 14 устанавливается первоначально нулевой опорный сигнал, который обновляется по мере необходимости корректировки подаваемого в нейтраль тока. Основанием для его обновления служат результаты обработки данных, полученных в процессе измерения токового сигнала, поступающего от вторичной обмотки измерительного трансформатора 6.
Система управления 5 изначально конфигурируется блоком 15 для длительной работы управляемого источника 2 с обратной связью по току. В исходном состоянии коммутатор 12 зафиксирован в положении включено, а коммутатор 11 - в положении отключено. Записанный в блоке 14 начальный нулевой опорный сигнал определяет обесточенное исходное состояние выходной цепи управляемого источника 3 и высокий его выходной импеданс. В этих условиях источник 3 не оказывает влияние на параметры контура нулевой последовательности и на качество функционирования системы настройки дугогасящего реактора.
макс.норм
Устройство работает следующим образом. В условиях нормальной работы сети, когда выход управляемого источника 3 обесточен, напряжение на обмотке «разомкнутый треугольник» измерительного трансформатора 7 определяется величиной напряжения несимметрии сети, степенью настройки контура нулевой последовательности и параметрами сети. Если текущее напряжение смещения нейтрали не превышает заданный верхний пороговый уровень U, то управляемый источника 3 сохраняет исходное обесточенное состояние.
макс.норм
При превышении напряжением смещением нейтрали порогового уровня U блок 15 подает команды для последовательного отключения коммутатора 12 и включения коммутатора 11. Этими коммутациями изменяется конфигурация системы управления 5 и запускается режим автоматического регулирования тока управляемого источника 3 с обратной связью по напряжению смещения нейтрали. В результате подачи на вход усилителя-формирователя 8 сигнала узла рассогласования 9 управляемый источник 3 достаточно быстро устанавливает выходной ток, который обеспечивает выполнение условия выравнивания текущего напряжения, снимаемого с обмотки трансформатора напряжения 7, с потенциалом земли, записанным в блоке 13.
мин.норм
Когда напряжение смещения нейтрали опустится ниже порогового уровня U, который может устанавливать достаточно близким к нулевому потенциалу земли, блок 15 подает следующие команды. Вначале подается команда на блок 14, в котором регистрируется выходной ток источника 3, приведенный к вторичной обмотке трансформатора 4, и по результатам обработки данных обновляется опорный сигнал.
Затем подаются команды на последовательное переключение коммутаторов 9 и 10. Этими коммутациями восстанавливается предыдущая конфигурация системы управления 5 и запускается режим автоматического регулирования источника 3 с обратной связью по току. В результате подачи на вход усилителя-формирователя 8 сигнала узла рассогласования 10 управляемый источник 3 создает стабильный выходной ток, который воспроизводит записанный в блоке 14 опорный сигнал. Поскольку исходными данными для обновления опорного сигнала являлись параметры тока предыдущего режима, то создаваемый источником 3 ток с определенным приближением воспроизводит измеренный в предыдущем режиме ток, который нейтрализовал источник несимметрии сети и обеспечил достаточно глубокое снижение напряжения смещения нейтрали.
На тот случай, когда форма измеряемого тока отличается от синусоидальной, в блоке 14 предусматривается использование опции предварительного вычисления гармонических составляющих измеренного тока и определения опорного сигнала в виде суммы соответствующих гармоник.
макс.норм
Если в ходе эксплуатации произойдут значительные изменения добротности контура сети и/или степени несимметрии фазных проводимостей и напряжение смещения нейтрали вновь превысит верхний пороговый уровень U, то все процессы в отношении обновления в блоке 14 опорного сигнала и корректировки выходного тока источника 3 будут повторяться в той же последовательности.
макс.норм
мин.ОЗЗ
Момент возникновения однофазного замыкания на землю фиксируется по факту превышения напряжением смещения нейтрали двух пороговых уровней U и U. В этом случае состояние выходов блока 15 не изменяется и система управления 5 сохраняет предыдущую конфигурацию, определяющую режим автоматического регулирования источника 3 с обратной связью по току. В результате, в условиях однофазного замыкания на землю управляемый источник 3 продолжает стабильно поддерживать подаваемый в нейтраль ток, который был установлен в предыдущий период в условиях нормальной работы сети. При этом в цепи нейтрали возникает результирующий ток, образуемый наложением тока дугогасящего реактора 1, который обеспечивает подавление емкостной составляющей тока в точке замыкания на землю, и тока источника 3, который обеспечивает подавление составляющей тока небаланса фазных проводимостей. Таким образом, обеспечивается снижение остаточного тока в месте замыкания на землю, что приводит к повышению эффективности компенсации.
Заявленный способ обеспечивает решение поставленной технической задачи регулированием в нейтрали тока, направленного на полную нейтрализацию источника, обусловленного несимметрией фазных проводимостей относительно земли. Это дает возможность обеспечить достаточно глубокое снижение напряжения смещения нейтрали в условиях нормальной работы сети независимо от добротности контура нулевой последовательности сети и качества настройки дугогасящего реактора. А также дает возможность нейтрализовать составляющую тока в месте замыкания на землю, обусловленную источником несимметрии сети. В результате, существенно ограничивается напряжение смещения нейтрали, повышается эффективность резонансной компенсации в целом и расширяется область применения за счет возможности использования в сетях с ослабленной изоляцией и повышенной степенью несимметрии.
Источники информации
1. Черников А.А. Компенсация емкостных токов в сетях с заземленной нейтралью. - М.: Энергия, 1974, с. 24.
2. Сазонов В.Н. Комбинированное заземление нейтрали сетей 6 - 35 кВ // «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ: передача и распределение», 2017, №1 (40), с. 45.
3. А.с. 470888. Способ автоматической регулирования напряжения смещения нейтрали компенсированной сети/ А.П. Трухан, А.М. Михайлов. - Опубл. БИ №18, 1975.