СПОСОБ НАСТРОЙКИ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ (ВАРИАНТЫ)
ADJUSTMENT METHOD OF COMPENSATION OF CAPACITANCE FAULT-TO-GROUND CURRENTS (VERSIONS)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью.
Известны способы настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю на основе экстремального или фазового методов регулирования индуктивности дугогасящего реактора (ДГР), реализуемые путем непрерывного контроля в нормальном режиме сети напряжения или тока контура нулевой последовательности (КНП) сети и косвенного анализа его амплитудной или фазовой характеристик [1]. Система на основе указанных способов настройки работоспособна лишь вблизи точки равновесия, соответствующей резонансу регулируемого контура, когда имеют место наиболее благоприятные условия для формирования информационной координаты. С целью обеспечения работоспособности в расширенном диапазоне изменения параметров контура используют искусственное смещение нейтрали и принимают меры по стабилизации общего коэффициента передачи. Поскольку в ходе эксплуатации параметры КНП сети могут существенно меняться в ту или иную сторону, то с целью исключения потери управляемости предусматривают периодическую поверку емкостных токов и корректировку точности настройки системы, производимую, как правило, вручную и с кратковременным прерыванием электроснабжения.
Данная система при всех указанных мерах остается чувствительной к добротности регулируемого контура. При низкой добротности КНП сети из-за низкого уровня и сильного зашумления контрольного сигнала возможна полная потеря управляемости. По этой причине рассмотренная система не может применяться в сетях с пониженной добротностью КНП сети. В частности, она не работоспособна в сетях с комбинированным режимом заземления нейтрали, когда параллельно дугогасящему реактору включается высокоомный резистор.
Другой недостаток определяется трудностями обеспечения асимптотической устойчивости следящей системы с явно нелинейным звеном привода в управляющем контуре, проявляющимся многократными переключениями при выходе в точку равновесия. При неблагоприятном сочетании параметров в регулируемом контуре могут возникать автоколебания, приводящие к ускоренному износу электромеханической системы, что недопустимо по условиям эксплуатации ДГР.
Известен способ настройки, по которому контролируют напряжение и ток в цепи КНП сети, создаваемого искусственно с помощью источника опорного тока, и выделяют характеристическую величину, пропорциональную изменению регулируемого параметра [2]. В отличие от рассмотренного выше, данный способ менее зависим от параметров регулируемого контура. Он предусматривает устойчивую работу в расширенном диапазоне изменения индуктивности ДГР и предполагает выход на заданный режим компенсации с меньшим числом переключений привода. Однако указанная разрешающая способность достигается лишь в случае применения энергоемкого источника опорного тока, функционирующего в непрерывном режиме с целью обеспечения благоприятных условий для выделения информационной координаты. Этот недостаток усугубляется в случае применения данного способа в сетях с комбинированным режимом заземления нейтрали с пониженной добротностью КНП сети, поскольку установленная мощность опорного источника оказывается соизмеримой с мощностью установленного регулируемого объекта. По этой причине данный способ имеет ограниченное применение.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности настройки в широком диапазоне регулирования и расширение области применения.
Указанная цель достигается тем, что контролируют напряжение или ток в цепи контура нулевой последовательности сети и воздействуют на изменение индуктивности дугогасящего реактора, и при отклонении параметров контрольного сигнала за пределы, заданные соответствующими уставками, регистрируют возмущение в контуре нулевой последовательности, выделяют из контрольного сигнала свободные колебания, определяют собственную частоту и степень расстройки контура нулевой последовательности и при превышении допустимой степени расстройки воздействуют на изменение индуктивности дугогасящего реактора и корректируют соответствующие уставки контрольного сигнала.
Во втором варианте при соответствии состояния контура нулевой последовательности допустимой степени расстройки фиксируют параметры контрольного сигнала, а соответствующие уставки контрольного сигнала корректируют с учетом фиксированных данных.
В третьем варианте возмущение в контуре нулевой последовательности сети создают искусственно.
В четвертом варианте свободные колебания выделяют наложением совмещенных во времени фрагментов осциллограммы контрольного сигнала, фиксирующих нестационарный и стационарный процессы.
В пятом варианте собственную частоту контура нулевой последовательности сети определяют с учетом затухания свободных колебаний.
В шестом варианте контроль собственной частоты контура нулевой последовательности сети производят периодически через временной интервал, задаваемый уставкой по времени.
В седьмом варианте во время изменения индуктивности дугогасящего реактора периодически контроль собственной частоты контура нулевой последовательности сети производят через укороченный временной интервал, задаваемый второй уставкой по времени.
В восьмом варианте вторую уставку по времени формируют с учетом отклонения степени расстройки от допустимого уровня.
В девятом варианте вторую уставку по времени формируют с учетом скорости изменения степени расстройки.
Суть предложенного технического решения заключается в использовании для контроля настройки информации о собственной частоте и степени расстройки КНП сети и реализации более совершенного алгоритма измерения с обработкой контрольного сигнала во временной области, независящего от нестабильного вектора несимметрии.
В предложенной системе настройки для слежения за текущим состоянием КНП сети задействована процедура измерения в режиме реального времени амплитуды или фазы контрольного сигнала. Она направлена на выявление нестационарных режимов нейтрали, которые могут быть вызваны изменением конфигурации сети, обуславливающим перераспределение емкостных токов замыкания на землю. При фиксировании ухода параметров контрольного сигнала за пределы уставок активизируется вторая процедура измерения, реализующая принцип обработки сигнала во временной области для получения информации из зарегистрированной осциллограммы контрольного сигнала. Она направлена на измерение собственной частоты КНП и выявления степени расстройки компенсации сети. Если первая процедура измерения, подстраиваемая с помощью уставок контрольного сигнала к нестабильному вектору несимметрии, обуславливает чувствительность системы настройки, то вторая, принципиально не зависящая от стационарной составляющей контрольного сигнала, обуславливает высокую точность настройки в широком диапазоне изменения параметров регулируемого контура. Подобное благоприятное сочетание характеристик системы настройки невозможно получить известными способами.
Так как скорость перемещения плунжера ДГР относительно мала, то указанная процедура контроля собственной частоты по переходной характеристике может производиться и во время движения плунжера. Для этого необходимо по ходу движения плунжера периодически создавать в регулируемом контуре импульс искусственного возмущения. При таких условиях режим настройки может производиться практически однократным переключением привода ДГР. Этим существенно улучшаются условия эксплуатации ДГР и повышается надежность системы настройки.
Поскольку реакция на действие строго определенного импульса возмущения более предсказуема, чем на сигнал произвольной формы, создаваемый при коммутации присоединений, то искусственное возмущение целесообразно предусматривать во всех случаях измерения собственной частоты.
Данный способ может эффективно эксплуатироваться и в сетях с пониженной добротностью КНП, в частности в сетях с комбинированным режимом заземления, где системы компенсации на основе экстремального и фазового методов регулирования принципиально неработоспособны.
На чертеже приведена одна из возможных функциональных схем системы настройки. Электрическая сеть содержит коммутируемые ответвления 1 и 2 с соответствующими емкостями фаз относительно земли. К нейтрали сети через присоединительный трансформатор 3 подключен плунжерный ДГР 4 с трансформатором тока 5 в силовой цепи ДГР. Контрольный сигнал, отображающий процессы в КНП сети, снимается с обмотки «разомкнутый треугольник» измерительного трансформатора напряжения 6, либо с обмотки трансформатора тока 5 и подается на входы двух измерительных органов 7 и 8. Алгоритм их работы определяется блоком логики 9, он же обеспечивает взаимодействие измерительных органов 7 и 8 между собой и с блоком 10 управления приводом ДГР и формирователем импульсов 11, вносящим искусственное возмущение в КНП сети через сигнальную обмотку ДГР.
Измерительный орган 7 состоит из блока 12, преобразующего входные данные в характеристические величины по абсолютному значению, либо по фазе, либо по обоим признакам одновременно, и блока 13, формирующего соответствующими уставками срабатывания зону нечувствительности первого измерительного органа. Характеристическая величина по фазе формируется по отношению к вектору опорного сигнала, подводимого к измерительному органу 7 с одной из фазных обмоток измерительного трансформатора 6. В блоке 13 предусматривается корректировка уставок срабатывания, производимая по сигналу с блока логики 9.
Второй измерительный орган 8 состоит из блока 14, регистрирующего осциллограмму контрольного сигнала и определяющего данные свободной составляющей переходного процесса и характеристическую величину по собственной частоте или степени расстройки КНП сети, и блока 15, определяющего параметры срабатывания и зону нечувствительности второго измерительного органа.
Для данной системы настройки характерны три основных режима работы: режим пассивного слежения, режим активного измерения и режим настройки.
В нормальном режиме работы сети, когда ДГР находится в состоянии, близком к резонансной настройке, устанавливается режим пассивного слежения. В этом режиме контроль за состоянием КНП сети осуществляет первый измерительный орган 7. Второй измерительный орган 8 в это время блокирован блоком логики 9. Отсутствие сигнала на выходе измерительного органа 7 свидетельствует о том, что параметры контрольного сигнала, следовательно, и настройка сети в пределах нормы. В случае его срабатывания, например при коммутации ответвлений 1 и 2, вызвавшей изменение емкостных токов замыкания на землю и превышение допустимой степени расстройки контура, либо при изменении вектора несимметрии в результате действия в сети различных видов небалансов, система настройки переходит в режим активного измерения.
По сигналу срабатывания измерительного органа 7 блок логики 9 вводит в работу второй измерительный орган 8 и формирователь импульсов 11, создающий в контуре КНП сети импульс искусственного возмущения. В блоке 14 второго измерительного органа 8 производится регистрация осциллограммы контрольного сигнала, фиксируемой относительно момента возмущения. Из записанного сигнала выделяются данные, соответствующие нестационарному и стационарному процессам, и вычисляется разностный сигнал, который определяет характерный для колебательного контура процесс свободных колебаний. Данные этого разностного сигнала используются для вычисления собственной частоты и степени расстройки контролируемого КНП сети.
Если второй измерительный орган не фиксирует нарушение условий настройки, то в блоке 13 первого измерительного органа 7 по сигналу блока логики 9 производится корректировка данных уставок срабатывания, которые подстраиваются под изменившиеся параметры контрольного сигнала. После адаптации к новым условиям измерения блок логики 9 активизирует работу первого измерительного органа 7 и блокирует работу второго - 8, возвращая таким образом систему в исходный режим пассивного слежения.
В том случае, если измерительный орган 8 фиксирует превышение допустимой степени расстройки, блок логики 9 переводит систему в режим настройки ДГР. Он устанавливает потенциальный сигнал на входе блока 10 управления приводом ДГР и формирует циклический режим работы формирователя 11 импульсов возмущения и измерительного органа 8, обеспечивающего информацией в ходе движения плунжера ДГР о соответствии или несоответствии допустимой степени расстройки регулируемого контура. Длительность цикла активного измерения в период настройки определяется временной задержкой в блоке 9, задаваемой из условия асимптотического выхода на заданный режим компенсации с минимальной кратностью переключений привода. С целью ограничения выбега привода временная задержка может задаваться с учетом скорости изменения степени расстройки в период движения плунжера ДГР.
После фиксирования измерительным органом 8 факта соответствия допустимой степени расстройки по сигналу блока логики 9 производится корректировка уставок срабатывания в блоке 13 первого измерительного органа 7 и система вновь переходит в режим пассивного слежения.
При пониженной добротности КНП сети уровень контрольного сигнала может быть недостаточным для функционирования первого измерительного органа. С целью исключения потери управляемости и повышения надежности может быть введен регулярный уточняющий режим активного измерения. Периодичность его определяется в блоке логики 9 задержкой по времени длительностью до нескольких часов и более.
Поскольку для распознания нестационарного процесса достаточно сформировать в регулируемом контуре импульс длительностью в пределах 1…10 мс, то регулярный уточняющий режим активного измерения не вызывает заметного роста установленной мощности формирователя импульсов.
Рассмотренная система позволяет с высокой точностью определять собственную частоту и добротность контура во всем диапазоне регулирования ДГР и устанавливать любой требуемый режим настройки. Этим она выгодно отличается от систем на основе известных способов настройки. К тому же данная система настройки способна функционировать при низкой добротности регулируемого контура в пределах 2…5, соответствующей сетям с комбинированным режимом заземления нейтрали.
Предложенный способ является новым и ранее не известным. В отличие от известных аналогов и прототипа он обладает более высокими эксплуатационными характеристиками и расширенной областью применения.
Источники информации
1. Обабков В.К. Совершенствование фазового способа автоматического поддержания условий компенсации емкостных токов в кабельных сетях 6-35 кВ // Электричество, 1989, №1 (прототип).
2. А.с. 1443077 (Россия). Гумин М.И. Способ настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях. Опубл. в БИ 45, 1988.