УСТРОЙСТВО НАСТРОЙКИ ДУГОГАСЯЩИХ РЕАКТОРОВ С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ ЗАМЫКАНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть применена в системах автоматической компенсации емкостных токов замыкания на землю в распределительных сетях 6-35 кВ.
Из существующего уровня техники известны устройства автоматической настройки компенсации емкостных токов (КЕТ), содержащие измерительный орган на основе датчика напряжения смещения нейтрали и амплитудного или фазного детектора, воздействующего на блок управления индуктивностью дугогасящего реактора (ДГР), подключаемого к сети посредством присоединительного трансформатора - фильтра нулевой последовательности. В таких устройствах настройка сводится к поддержанию во время нормальной работы сети максимального напряжения смещения нейтрали или ее фазы относительно определенного опорного вектора. В качестве последнего, в основном, используется линейное вторичное напряжение измерительного трансформатора напряжения (авторское свидетельство SU №1026231, МПК H02J 3/18, опубл. 30.06.1983).
Недостатками указанных устройств являются значительное, часто недопустимое, смещение нейтрали в области резонансной настройки в сетях с преобладанием воздушных линий с высокой степенью естественной несимметрии и с кабелями из сшитого полиэтилена, обладающих большой добротностью. При этом требуется переход в режим глубокой недокомпенсации, где уровень сигналов сравним с уровнем шумов, что приводит к потере управления. Вследствие указанного системы КЕТ на основе упомянутых устройств автоматики требуют искусственного, часто регулируемого, смещения нейтрали.
Известна установка, содержащая устройство управления регулируемым посредством плавнорегулируемого ДГР, включающий микропроцессорное устройство с дисплеем, клавиатурой и внешней памятью, устройством связи с ЭВМ высшего уровня и формирователя сигналов управления исполнительным механизмом, а также входного блока согласования и фильтрации входных сигналов - резистивных делителей с нелинейной вольтамперной характеристикой, полосовых фильтров, настроенных на частоту основной гармоники напряжения сети, компараторов, аналого-цифрового преобразователя. Также устройство содержит фазокорректирующее устройство для коррекции сдвига фаз между входным и опорным сигналами в режиме настройки на резонанс, величина которого задана на уровне -90°.
Информационная координата, характеризующая состояние регулируемого контура, формируется устройством измерения сдвига фаз между входным и опорным напряжениями. При превышении угла сдвига между этими напряжениями заданного уставками значения, происходит включение исполнительного органа до момента достижения максимума напряжения смещения нейтрали и последующей установкой фазовым корректором указанного угла значения -90° (Адаптивная система настройки контура нулевой последовательности распределительной сети 6-35 кВ /М.И. Петров, И.А. Польков, И.Н. Поляков, И.Н. Степанов // Проблемы электроэнергетики на региональном уровне. Межвузовский сб. науч. тр. Чебоксары. Изд-во Чуваш, ун-та, 1998. С.- 60-66.).
Недостатком является сложность технической реализации, обусловленная исполнением устройств обработки сигналов на аналоговой элементной базе, ограниченный диапазон коррекции фазового угла φ между входными сигналами, что в некоторых режимах может явиться причиной некорректной работы устройства автоматической настройки ДГР. Постоянное поддержание резонансного режима приводит к значительным потерям в обмотке подмагничивания ДГР. Функционирование устройства полностью зависит от естественного источника напряжения несимметрии, являющегося самым нестабильным параметром сети. В симметричных кабельных сетях, где напряжение несимметрии приблизительно равно нулю, требуется дополнительное энергоемкое оборудование, чтобы обеспечить искусственную несимметрию сети. Указанные факторы препятствуют промышленному применению этого устройства.
п
0
п
0
Наиболее близким заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является устройство компенсации емкостных токов на основе ДГР с подмагничиванием. В этом устройстве, содержащем ДГР в цепи заземления нейтрали с обмоткой подмагничивания, регулируемый источник питания, связанный микропроцессорным устройством (МПУ) с измерительными органами на основе датчиков напряжения смещения нейтрали и тока подмагничивания, посредством увеличения тока подмагничивания I, находится резонансная настройка по максимуму смещения нейтрали 3U, фиксируется величина тока подмагничивания, соответствующая этой настройке, затем снижается ток подмагничивания на заданную величину, фиксируются значения I, 3U и фазовый угол φ. Дополнительными параметрами фиксации режима резонансной настройки являются значения напряжения смещения и фазовый угол φ между векторами этого напряжения и опорного.
Указанный алгоритм управления настройкой ДГР с подмагничиванием с поддержанием в нормальном режиме работы недокомпенсации обеспечивает снижение напряжения смещения нейтрали, существенное уменьшение мощности потерь в ДГР и источнике питания обмотки подмагничивания. В этом устройстве используется аналогичный реализованному в устройстве амплитудный и фазовый принципы настройки, но отличную от него схему управления исполнительным органом и ограниченный состав функциональных узлов. В основу способа настройки положено свойство поддержания в сети режима с недокомпенсацией емкостных токов и малым смещением нейтрали и настройки на резонанс в режимах однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) по измеренным параметрам сети, предшествующей ОЗЗ (патент RU №199742, МПК H02J 3/18, опубл. 17.09.2020).
Недостатком является полная зависимость функционирования устройства от естественного источника несимметрии, который является самым нестабильным параметром сети, приводящая к превышению допустимых параметров электрической сети. При переходе в режим глубокой недокомпенсации возможна потеря управления из-за того, что уровень сигналов сравним с уровнем шумов. Необходимо иметь достаточное напряжение смещения нейтрали для проведения достоверных измерений при определении максимального напряжения нейтрали. При невыполнении этого условия необходимо применять искусственное смещение нейтрали. В сетях с высокой добротностью КНПС уровень смещения нейтрали может превысить допустимое значение, что при настройке на резонансный режим может привести к ложному срабатыванию противоаварийной автоматики.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение точности настройки и улучшение функционирования устройства автоматической компенсации емкостных токов.
п
c
Указанная цель достигается тем, что в устройстве автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю, содержащем ДГР в цепи заземления нейтрали с обмоткой подмагничивания W, регулируемый источник питания 5, связанный микропроцессорным устройством (МПУ) 7 с измерительными органами на основе датчиков напряжения смещения нейтрали 6 и тока подмагничивания 4, сигнал с МПУ поступает в блок импульсный БИ 8, который воздействует на сигнальную обмотку W реактора.
Анализ полученных при импульсном воздействии свободных колебаний напряжения нейтрали обеспечивает определение емкостного сопротивления КНПС и расчет тока подмагничивания ДГР для достижения резонансной настройки КНПС.
Целью использования указанного алгоритма управления настройкой ДГР с подмагничиванием является выполнение расчета тока подмагничивания ДГР для режима резонансной настройки КНПС без использования искусственного смещения и опасного увеличения напряжения смещения нейтрали, в режиме глубокой недокомпенсации, когда напряжение нейтрали очень мало или практически отсутствует.
Предлагаемое устройство реализует отличный от прототипа способ настройки и дополненный состав функциональных узлов. В основу способа настройки положено свойство поддержания в сети режима с недокомпенсацией емкостных токов и малым смещением нейтрали и настройки на резонанс в режимах однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) по измеренным параметрам сети, предшествующей ОЗЗ.
Анализ известных технических решений по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности (новизна).
Сущность полезной модели поясняется чертежом:
Фиг. 1 - структурная схема устройства автоматической компенсации емкостных токов на основе дугогасящего реактора с подмагничиванием от регулируемого источника постоянного тока.
p
п
c
c
Цепь компенсации образована подключенным к распределительной электрической сети нейтралеобразующим трансформатором - фильтром нулевой последовательности 1 и последовательно соединенными с ним рабочей обмоткой W ДГР 2 и датчиком тока реактора - измерительным трансформатором тока 3. Обмотка подмагничивания W ДГР подключена к выходу регулируемого источника питания 5. В цепи указанной обмотки присутствует датчик тока подмагничивания 4, сигнал с которой поступает на вход измерительного органа МПУ 7. В этот же орган поступают сигналы, снимаемые с вторичных обмоток измерительного трансформатора напряжения (6), включенного по схеме «разомкнутый треугольник» и «звезда», с сигнальной обмотки W ДГР и трансформатора тока (3). Сигнал с МПУ поступает в БИ (8), который воздействует на сигнальную обмотку WДГР.
п
оп
0
L
п
п
Устройство автоматической настройки работает следующим образом. В начале МПУ формирует незначительный ток подмагничивания обмотки ДГР, с контролем тока I', соответствующий режиму глубокой недокомпенсации. Подача тестирующего сигнала для запуска БИ осуществляется по контролю фазы между векторами U и 3U. При отклонении фазы от -90° МПУ подает управляющий сигнал на БИ, формирующий импульс управления КНПС через сигнальную обмотку. После подачи импульса МПУ определяет частоту свободных колебаний в КНПС, которая при известном индуктивном сопротивлении ДГР позволяет найти емкостное сопротивление КНПС. Текущее значение индуктивного сопротивления ДГР определяется по регулировочной характеристике ДГР X=f(I), которая хранится в МПУ в виде таблицы или параметров аппроксимирующей функции. Значение емкостного сопротивления КНПС соответствует значению индуктивного сопротивления ДГР в режиме резонансной настройки КНПС. Для найденного значения емкостного сопротивления КНПС, равного индуктивному сопротивлению ДГР в режиме резонансной настройки, по обратной регулировочной характеристике находится величина тока подмагничивания I, требуемая для резонансной настройки КНПС, которая сохраняется в МПУ и используется для компенсации емкостного тока в режиме однофазного замыкания на землю.
Необходимость перерасчета параметров настройки ДГР определяется автоматически при изменении емкостных параметров сети, которые вызывают изменение величины и фазы напряжения нейтрали и выход за заданные пределы изменения.
Предложенное устройство автоматической компенсации емкостных токов с дугогасящими реакторами с подмагничиванием сердечника позволяет с достаточной точностью контролировать степень настройки сети во всем диапазоне регулирования и устанавливать с высокой точностью требуемый режим компенсации емкостных токов сети в режиме однофазных замыканий на землю по измеренным параметрам сети в нормальном режиме ее работы без опасного повышения напряжения смещения нейтрали.
Заявленное техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий, и прошло апробацию на объектах филиала ОАО «Сетевая компания» Буинские электрические сети.