СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОГО УСТРАНЕНИЯ ФЕРРОМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR FAST ELIMINATION OF FERROMAGNETIC RESONANCE OF VOLTAGE TRANSFORMER

Область техники
Настоящее изобретение относится к устранению отказов трансформатора напряжения в энергетической системе, и в частности к способу и устройству для управления подавлением гармоник, когда происходит ферромагнитный резонанс в трансформаторе напряжения системы с непрямым заземлением нейтрали.
Предпосылки изобретения
В системе с непрямым заземлением нейтрали первичных обмоток некоторых трансформаторов напряжения для измерения напряжений относительно земли непосредственно заземлены; если шина без нагрузки замкнута, однофазное замыкание на землю пропадает или нагрузка системы значительно изменяется, индуктивность возбуждения трансформаторов напряжения изменяется нелинейно и может возникать совпадение характеристик с емкостью относительно земли системы, что приводит к явлению ферромагнитного резонанса и вызывает перенапряжение в системе и сверхток в трансформаторе напряжения, что вызывает повреждение изоляции, короткие замыкания на землю или междуфазные короткие замыкания и перегорание предохранителя, прогар или взрыв трансформаторов напряжения или даже повреждения, такие как взрыв грозового разрядника, пробой слабой изоляции и неправильное срабатывание устройства выбора линии с замыканием на землю, таким образом серьезно влияя на безопасность работы системы.
∆
В настоящее время обычной контрмерой против явления ферромагнитного резонанса, возникающего в трансформаторе напряжения, является установка устройства устранения резонанса на основе микрокомпьютера. Основной принцип устройства состоит в следующем: напряжение схемы открытого треугольника вторичной стороны трансформатора напряжения подается на устройство устранения резонанса на основе микрокомпьютера, ферромагнитный резонанс определяют при помощи анализа характеристик гармоник напряжения схемы открытого треугольника и величины компонента гармоники, и когда ферромагнитный резонанс возникает в трансформаторе напряжения, короткое замыкание запускают на короткий промежуток времени при помощи электронного переключающего устройства несколько раз на обмотке схемы открытого треугольника трансформатора напряжения (или небольшого гасящего резистора R подключенного к нему) для разрушения условий возникновения резонанса, тем самым устраняя резонанс.
В настоящее время для большинства существующих устройств устранения резонанса на основе микрокомпьютера контур устранения резонанса используют после короткой задержки или без задержки, когда обнаружен резонанс. Этот способ имеет большую разницу в эффекте подавления гармоник в полевых условиях, часто происходят отказы устранения резонанса, и в крайних случаях новый резонанс или даже более сильный резонанс может возникать после задействования контура устранения резонанса. Поэтому необходимо управлять процессом устранения резонанса более точно, так, чтобы резонанс можно было устранить более эффективно и быстро, когда задействуют контур подавления гармоник.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является предоставление способа и устройства для управления быстрым устранением резонанса, когда в трансформаторе напряжения возникает ферромагнитный резонанс, чтобы управлять процессом устранения резонанса более точно и уменьшать влияние нелинейных характеристик катушки взаимной индуктивности на процесс устранения резонанса, вследствие чего, когда возникает резонанс, резонанс может быть эффективно и быстро устранен.
Техническое решение, применяемое в настоящем изобретении, является следующим: способ быстрого устранения ферромагнитного резонанса трансформатора напряжения, включающий следующие этапы:
этап 1: снятие вторичной величины трехфазного напряжения и напряжения схемы открытого треугольника трансформатора напряжения в реальном времени;
этап 2: расчет потокосцепления , соответствующего напряжению нулевой последовательности, в реальном времени согласно вторичной величине трехфазного напряжения или напряжению схемы открытого треугольника, снятым в реальном времени; и
этап 3: когда обнаруживается, что в трансформаторе напряжения возникает ферромагнитный резонанс, дополнительно проверяют, попадает ли абсолютное значение потокосцепления, соответствующего напряжению нулевой последовательности, или абсолютное значение напряжения схемы открытого треугольника соответственно в установленный диапазон; если это так, то быстро включают запуск контура устранения резонанса с кремниевым управляемым выпрямителем, соединенного параллельно с обоими концами обмотки схемы открытого треугольника трансформатора напряжения, для устранения ферромагнитного резонанса, а если это не так, то запуск контура устранения резонанса с кремниевым управляемым выпрямителем не включают.
Кроме того, на этапе 2 потокосцепление , соответствующее напряжению нулевой последовательности, рассчитывают посредством вторичной величины трехфазного напряжения или напряжения схемы открытого треугольника при помощи формулы расчета, показанной ниже:
или
где , ,  и 3 представляют собой вторичные величины трехфазного напряжения и напряжение схемы открытого треугольника соответственно.
Кроме того, на этапе 3 ферромагнитный резонанс, возникающий в трансформаторе напряжения, включает ферромагнитный резонанс с дробной частотой, ферромагнитный резонанс с опорной частотой и ферромагнитный резонанс с кратной частотой.
Кроме того, на этапе 3 попадание абсолютного значения потокосцепления, соответствующего напряжению нулевой последовательности, в установленный диапазон означает, что потокосцепление , соответствующее напряжению нулевой последовательности, удовлетворяет , где  представляет собой коэффициент, ,  представляет собой пиковое значение номинального вторичного напряжения трансформатора напряжения и  представляет собой угловую частоту сети. Диапазон значений  может быть 0,01–0,2.
Кроме того, на этапе 3 попадание абсолютного значения напряжения схемы открытого треугольника в установленный диапазон означает, что абсолютное значение напряжения  схемы открытого треугольника удовлетворяет , где  представляет собой максимальное значение напряжения схемы открытого треугольника, снятое в предыдущий период резонанса, когда обнаружен резонанс, и  представляет собой коэффициент. Диапазон значений  может быть 0,8–1,0.
Кроме того, на этапе 3 контур с кремниевым управляемым выпрямителем содержит кремниевый управляемый выпрямитель, выполненный с возможностью двунаправленного включения, и резистор устранения резонанса, последовательно соединенный с ним; при этом контур с кремниевым управляемым выпрямителем установлен параллельно на выводах контура схемы открытого треугольника на вторичной стороне трансформатора напряжения и соединен параллельно с контуром измерения напряжения схемы открытого треугольника.
Кроме того, на этапе 3 запуск контура с кремниевым управляемым выпрямителем означает выдачу команды включения на кремниевый управляемый выпрямитель в контуре, вследствие чего кремниевый управляемый выпрямитель находится во включенном состоянии как в прямом, так и в обратном направлениях.
В настоящем изобретении также предоставляется устройство для быстрого устранения ферромагнитного резонанса трансформатора напряжения, содержащее блок снятия значений, расчетный блок и блок обнаружения и устранения резонанса, при этом
блок снятия значений снимает вторичную величину трехфазного напряжения и напряжение схемы открытого треугольника трансформатора напряжения в реальном времени;
расчетный блок получает данные измерений блока снятия значений и рассчитывает потокосцепление , соответствующее напряжению нулевой последовательности, в реальном времени согласно вторичной величине трехфазного напряжения или напряжению схемы открытого треугольника, снятым в реальном времени; и
блок обнаружения и устранения резонанса получает данные измерений и расчетов блока снятия значений и расчетного блока и при обнаружении возникновения ферромагнитного резонанса в трансформаторе напряжения дополнительно проверяет, попадает ли абсолютное значение потокосцепления, соответствующего напряжению нулевой последовательности, или абсолютное значение напряжения схемы открытого треугольника соответственно в установленный диапазон; если это так, то быстро включает запуск контура устранения резонанса с кремниевым управляемым выпрямителем, соединенного параллельно с обоими концами обмотки схемы открытого треугольника трансформатора напряжения, для устранения ферромагнитного резонанса, а если это не так, не включает запуск контура устранения резонанса с кремниевым управляемым выпрямителем.
Кроме того, в расчетном блоке потокосцепление , соответствующее напряжению нулевой последовательности, рассчитывается посредством вторичной величины трехфазного напряжения или напряжения схемы открытого треугольника при помощи формулы расчета, показанной ниже:
или
где , ,  и 3 представляют собой вторичные величины трехфазного напряжения и напряжение схемы открытого треугольника соответственно.
Кроме того, в блоке обнаружения и устранения резонанса попадание абсолютного значения потокосцепления, соответствующего напряжению нулевой последовательности, в установленный диапазон означает, что потокосцепление , соответствующее напряжению нулевой последовательности, удовлетворяет , где  представляет собой коэффициент, ,  представляет собой пиковое значение номинального вторичного напряжения трансформатора напряжения и  представляет собой угловую частоту сети. Диапазон значений  может быть 0,01–0,2.
Кроме того, в блоке обнаружения и устранения резонанса попадание абсолютного значения напряжения схемы открытого треугольника в установленный диапазон означает, что абсолютное значение напряжения  схемы открытого треугольника удовлетворяет , где  представляет собой максимальное значение напряжения схемы открытого треугольника, снятое в предыдущий период резонанса, когда обнаружен резонанс, и  представляет собой коэффициент. Диапазон значений  может быть 0,8–1,0.
Кроме того, в блоке обнаружения и устранения резонанса контур с кремниевым управляемым выпрямителем содержит кремниевый управляемый выпрямитель, выполненный с возможностью двунаправленного включения, и резистор устранения резонанса, последовательно соединенный с ним; при этом контур с кремниевым управляемым выпрямителем установлен параллельно на выводах контура схемы открытого треугольника на вторичной стороне трансформатора напряжения и соединен параллельно с контуром измерения напряжения схемы открытого треугольника.
Кроме того, в блоке обнаружения и устранения резонанса запуск контура с кремниевым управляемым выпрямителем означает выдачу команды включения на кремниевый управляемый выпрямитель в контуре, вследствие чего кремниевый управляемый выпрямитель находится во включенном состоянии как в прямом, так и в обратном направлениях.
Настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты: для средств подавления гармоник для ферромагнитного резонанса, возникающего в трансформаторе напряжения незаземленной системы, способ управления запуском контура устранения резонанса при помощи анализа потокосцепления и напряжения схемы открытого треугольника трансформатора напряжения применяется на основе традиционного принципа устранения вторичного резонанса, и контур устранения резонанса вводится в действие, когда потокосцепление, соответствующее напряжению нулевой последовательности, является минимальным, или напряжение схемы открытого треугольника является максимальным, чтобы избежать влияния насыщения сердечника на процесс устранения резонанса; время работы и ток разряда устранения резонанса устройства устранения резонанса уменьшаются, вероятность успешного устранения резонанса эффективно повышается, и влияние работы устройства устранения резонанса на систему и устройство релейной защиты или им подобные уменьшается. При большом количестве экспериментов, независимо от частоты ферромагнитного резонанса, использование этого механизма запуска может значительно увеличить вероятность успешного подавления гармоник, существенно уменьшить время, требуемое для процесса подавления гармоник, и уменьшить влияние на всю систему.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 представлена блок-схема способа согласно настоящему изобретению; и
На фиг. 2 представлена принципиальная схема контура устранения резонанса с кремниевым управляемым выпрямителем.
Подробное описание
Дополнительное описание приведено ниже со ссылкой на сопроводительные графические материалы и конкретные варианты осуществления.
Настоящее изобретение предоставляет способ для быстрого устранения ферромагнитного резонанса трансформатора напряжения, как показано на фиг. 1, которая является блок-схемой способа согласно настоящему изобретению, включающего следующие этапы:
этап 1: снятие вторичной величины трехфазного напряжения и напряжения схемы открытого треугольника трансформатора напряжения в реальном времени;
этап 2: расчет потокосцепления , соответствующего напряжению нулевой последовательности, в реальном времени согласно вторичной величине трехфазного напряжения или напряжению схемы открытого треугольника, снятым в реальном времени; и
этап 3: когда обнаруживается, что в трансформаторе напряжения возникает ферромагнитный резонанс, дополнительно проверяют, попадает ли абсолютное значение потокосцепления, соответствующего напряжению нулевой последовательности, или абсолютное значение напряжения схемы открытого треугольника соответственно в установленный диапазон; если это так, то быстро включают запуск контура устранения резонанса с кремниевым управляемым выпрямителем, соединенного параллельно с обоими концами обмотки схемы открытого треугольника трансформатора напряжения, для устранения ферромагнитного резонанса, а если это не так, то запуск контура устранения резонанса с кремниевым управляемым выпрямителем не включают.
Кроме того, на этапе 2 потокосцепление , соответствующее напряжению нулевой последовательности, рассчитывают посредством вторичной величины трехфазного напряжения или напряжения схемы открытого треугольника при помощи формулы расчета, показанной ниже:
или
где , ,  и 3 представляют собой вторичные величины трехфазного напряжения и напряжение схемы открытого треугольника соответственно.
Кроме того, на этапе 3 ферромагнитный резонанс, возникающий в трансформаторе напряжения, включает ферромагнитный резонанс с дробной частотой, ферромагнитный резонанс с опорной частотой и ферромагнитный резонанс с кратной частотой.
Кроме того, на этапе 3 попадание абсолютного значения потокосцепления, соответствующего напряжению нулевой последовательности, в установленный диапазон означает, что потокосцепление , соответствующее напряжению нулевой последовательности, удовлетворяет , где  представляет собой коэффициент, ,  представляет собой пиковое значение номинального вторичного напряжения трансформатора напряжения и  представляет собой угловую частоту сети. Диапазон значений  может быть 0,01–0,2.
Кроме того, на этапе 3 попадание абсолютного значения напряжения схемы открытого треугольника в установленный диапазон означает, что абсолютное значение напряжения  схемы открытого треугольника удовлетворяет , где  представляет собой максимальное значение напряжения схемы открытого треугольника, снятое в предыдущий период резонанса, когда обнаружен резонанс, и  представляет собой коэффициент. Диапазон значений  может быть 0,8–1,0.
Кроме того, на этапе 3 контур с кремниевым управляемым выпрямителем содержит кремниевый управляемый выпрямитель, выполненный с возможностью двунаправленного включения, и резистор устранения резонанса, последовательно соединенный с ним; при этом контур с кремниевым управляемым выпрямителем установлен параллельно на выводах контура схемы открытого треугольника на вторичной стороне трансформатора напряжения и соединен параллельно с контуром измерения напряжения схемы открытого треугольника. На фиг. 2 представлена принципиальная схема контура устранения резонанса с кремниевым управляемым выпрямителем.
Кроме того, на этапе 3 запуск контура с кремниевым управляемым выпрямителем означает выдачу команды включения на кремниевый управляемый выпрямитель в контуре, вследствие чего кремниевый управляемый выпрямитель находится во включенном состоянии как в прямом, так и в обратном направлениях.
Незаземленная система обычно не имеет напряжения нулевой последовательности, т. e. напряжение схемы открытого треугольника составляет . Потокосцепление, соответствующее напряжению нулевой последовательности, составляет .
Для обычного трансформатора напряжения номинальное значение фазного напряжения вторичной стороны составляет 57,74 В и пиковое значение составляет  В. Согласно описаниям сущности изобретения номинальное значение потокосцепления, соответствующее напряжению нулевой последовательности, может быть получено, т. е. .
В определенное время в системе возникает резонанс на утроенной частоте; в этом случае в схеме открытого треугольника появляется напряжение при утроенной частоте, значение напряжения схемы открытого треугольника, когда возникает резонанс, принимается равным , при этом  представляет собой величину напряжения при утроенной частоте и составляет 300 В, и  представляет собой угловую частоту резонанса утроенной частоты.
(1) Время запуска рассчитывают согласно потокосцеплению, соответствующему напряжению нулевой последовательности
Согласно формуле, данной на этапе 2, потокосцепление , соответствующее напряжению нулевой последовательности, может быть рассчитано и составляет
когда удовлетворяет , контур устранения резонанса запускается для включения, коэффициент составляет , и
значение  может быть получено и составляет  (n = 0, 1, 2...)
или  (n = 1, 2, 3...)
то есть, когда  находится в указанном выше диапазоне, условия потокосцепления  удовлетворяются и контур устранения резонанса запускается для включения.
(2) Время запуска рассчитывают согласно напряжению схемы открытого треугольника
напряжение схемы открытого треугольника составляет , максимальное значение напряжения схемы открытого треугольника составляет , напряжение схемы открытого треугольника удовлетворяет , коэффициент составляет , и ; значение  может быть получено и составляет  (n = 0, 1, 2...)
или (n = 1, 2, 3...)
то есть, когда  находится в указанном выше диапазоне, условия напряжения схемы открытого треугольника удовлетворяются и контур устранения резонанса запускается для включения.
В большинстве случаев диапазон времени запуска, рассчитанный согласно потокосцеплению , соответствующему напряжению нулевой последовательности, перекрывает диапазон времени запуска, рассчитанный согласно напряжению схемы открытого треугольника. Когда напряжение схемы открытого треугольника является максимальным значением при резонансе, соответствующее потокосцепление является по существу минимальным значением. Поэтому время запуска, рассчитанное при помощи этих двух способов, является по существу одинаковым, и между двумя способами нет противоречия.
В настоящем изобретении также предоставляется устройство для быстрого устранения ферромагнитного резонанса трансформатора напряжения, содержащее блок снятия значений, расчетный блок и блок обнаружения и устранения резонанса, при этом
блок снятия значений снимает вторичную величину трехфазного напряжения и напряжение схемы открытого треугольника трансформатора напряжения в реальном времени;
расчетный блок получает данные измерений блока снятия значений и рассчитывает потокосцепление , соответствующее напряжению нулевой последовательности, в реальном времени согласно вторичной величине трехфазного напряжения или напряжению схемы открытого треугольника, снятым в реальном времени; и
блок обнаружения и устранения резонанса получает данные измерений и расчетов блока снятия значений и расчетного блока и при обнаружении возникновения ферромагнитного резонанса в трансформаторе напряжения дополнительно проверяет, попадает ли абсолютное значение потокосцепления, соответствующего напряжению нулевой последовательности, или абсолютное значение напряжения схемы открытого треугольника соответственно в установленный диапазон; если это так, то быстро включает запуск контура устранения резонанса с кремниевым управляемым выпрямителем, соединенного параллельно с обоими концами обмотки схемы открытого треугольника трансформатора напряжения, для устранения ферромагнитного резонанса, а если это не так, не включает запуск контура устранения резонанса с кремниевым управляемым выпрямителем.
Кроме того, в расчетном блоке потокосцепление , соответствующее напряжению нулевой последовательности, рассчитывается посредством вторичной величины трехфазного напряжения или напряжения схемы открытого треугольника при помощи формулы расчета, показанной ниже:
или
где , ,  и 3 представляют собой вторичные величины трехфазного напряжения и напряжение схемы открытого треугольника соответственно.
Кроме того, в блоке обнаружения и устранения резонанса попадание абсолютного значения потокосцепления, соответствующего напряжению нулевой последовательности, в установленный диапазон означает, что потокосцепление , соответствующее напряжению нулевой последовательности, удовлетворяет , где  представляет собой коэффициент, ,  представляет собой пиковое значение номинального вторичного напряжения трансформатора напряжения и  представляет собой угловую частоту сети. Диапазон значений  может быть 0,01–0,2.
Кроме того, в блоке обнаружения и устранения резонанса попадание абсолютного значения напряжения схемы открытого треугольника в установленный диапазон означает, что абсолютное значение напряжения  схемы открытого треугольника удовлетворяет , где  представляет собой максимальное значение напряжения схемы открытого треугольника, снятое в предыдущий период резонанса, когда обнаружен резонанс, и  представляет собой коэффициент. Диапазон значений  может быть 0,8–1,0.
Кроме того, в блоке обнаружения и устранения резонанса контур с кремниевым управляемым выпрямителем содержит кремниевый управляемый выпрямитель, выполненный с возможностью двунаправленного включения, и резистор устранения резонанса, последовательно соединенный с ним; при этом контур с кремниевым управляемым выпрямителем установлен параллельно на выводах контура схемы открытого треугольника на вторичной стороне трансформатора напряжения и соединен параллельно с контуром измерения напряжения схемы открытого треугольника.
Кроме того, в блоке обнаружения и устранения резонанса запуск контура с кремниевым управляемым выпрямителем означает выдачу команды включения на кремниевый управляемый выпрямитель в контуре, вследствие чего кремниевый управляемый выпрямитель находится во включенном состоянии как в прямом, так и в обратном направлениях.
Вышеизложенные варианты осуществления предназначены только для объяснения технической идеи настоящего изобретения и не могут быть использованы для ограничения объема правовой охраны настоящего изобретения. Любая эквивалентная замена или модификация, сделанная на основе технических решений согласно технической идее, предложенной в настоящем изобретении, не выходит за рамки объема правовой охраны настоящего изобретения.