СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ КОМПЕНСАЦИИ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к устройствам компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью напряжением 6-35 кВ, и может быть использовано для точного измерения ожидаемого емкостного тока замыкания на землю и последующей безынерционной резонансной настройки дугогасящего реактора в момент замыкания.
Известно большое количество способов и устройств автоматической настройки дугогасящих реакторов. В большинстве практически применяемых систем используется предварительная резонансная настройка компенсирующих устройств без измерения емкостного сопротивления изоляции сети, когда дугогасящие реакторы настраиваются до момента возникновения 033 по смещению напряжения нейтрали.
В этом случае, согласно ПУЭ, требуется вводить расстройку компенсации не менее 5% от резонанса, что снижает точность компенсации и увеличивает остаточный ток в месте замыкания К тому же, такие системы неприменимы для дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием, для которых необходима быстрая и точная настройка в резонанс в момент возникновения 033 по замеренному в нормальном режиме ожидаемому емкостному току сети.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство автоматической настройки компенсации, содержащее входные преобразователи тока и напряжения непромышленной частоты, входные преобразователи тока и напряжения промышленной частоты, умножители, коммутатор, запоминающее устройство, пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор, систему импульсно-фазового управления (СИФУ), преобразователь тока подмагничивания реактора, источник непромышленной частоты 16,6 Гц, управляемый подмагничиванием реактор со встроенными дополнительными обмотками и трансформатором тока, питающий трансформатор, в нейтраль которого подключается реактор, и стандартный трансформатор напряжения типа НТМИ или НАМИ, со вторичных обмоток которого в схему устройства поступают напряжения смещения нейтрали непромышленной и промышленной частоты, измеряющее сопротивление изоляции сети на непромышленной частоте 16,6 Гц при существенной резонансной расстройке дугогасящего реактора с целью определения ожидаемого емкостного тока (см. патент РФ № 2130677, МПК 6 H02J 3/26, Н02Н 3/17, 1999 г.).
Оборудование этого типа вполне эффективно применяется в российских электросетях, однако, имеет ряд недостатков.
с
Во-первых, имеет большую погрешность измерения емкости сети, так как применяемый в нем метод измерения позволяет определить полное (Z), а не емкостное (Х) сопротивление изоляции сети, поэтому ошибка соответствует активной составляющей полного сопротивления изоляции, что на практике означает работу системы в некоторых сетях с перекомпенсацией до 15-20%, а следовательно, снижение эффективности их применения.
Во-вторых, имеет погрешность расчета, свойственную применяемым здесь аналоговым вычислительным элементам - для определения уставки тока дугогасящего реактора требуется совершить ряд математических действий над значением измеренного сопротивления изоляции сети.
В-третьих, не позволяет в момент начала O33 обеспечить быструю безынерционную резонансную настройку реактора из-за способа регулирования тока - в начальный момент угол управления тиристорным преобразователем реактора максимален, затем плавно уменьшается, вызывая существенную перекомпенсацию в течение 30-50 периодов промышленной частоты.
В-четвертых, остаточный ток в месте O33 при хорошей настройке компенсации составляет лишь 3-5% емкостного тока, что делает практически невозможным определение поврежденного фидера доступными на сегодняшний день способами.
Также является недостатком отсутствие самодиагностики, учета замыканий и возможности удаленного мониторинга системы, который все чаще востребован на современных необслуживаемых распределительных подстанциях.
Задача, решаемая полезной моделью - повышение точности компенсации емкостного тока сети при O33, а также повышение эксплуатационных характеристик. упрощение поиска поврежденного фидера при полной компенсации емкостного тока, ведение статистики 033 и результатов самодиагностики системы и обеспечение удаленного мониторинга устройства (телеметрии).
Указанная цель достигается за счет того, что разработана система автоматической настройки компенсации (САНК), снабженная блоком измерения резонансной частоты, процессором, памятью, системой управления дугогасящим реактором.
Блок измерения резонансной частоты содержит генератор тока переменной частоты и измеритель напряжения нейтрали.
Система управления дугогасящим реактором (ДГР) состоит из генератора тока предварительного подмагничивания, генератора импульсов управления, модуля дискретных входов и выходов.
Система имеет интерфейсы обмена данными RS-485 и/или USB и/или Ethernet.
Система снабжена модулем поиска поврежденного фидера.
Система снабжена блоком диагностики.
САНК имеет систему ввода-вывода данных.
Технический результат от использования полезной модели заключается в том, что разработанная система автоматической настройки компенсации (САНК) всей совокупностью существенных признаков позволяет повысить точность компенсации емкостного тока сети при 033, а также повысить эксплуатационные характеристики упрощение поиска поврежденного фидера при полной компенсации емкостного тока, ведение статистики O33 и результатов самодиагностики системы и обеспечение удаленного мониторинга устройства (телеметрии). Это позволяет уменьшить число выходов из строя кабелей по причине разрушения их проводников и изоляции при горении дуги в месте O33 из-за существенной расстройки компенсации емкостного тока.
Повышение точности вычисления уставки ожидаемого тока достигается за счет поиска емкости сети через определение собственной резонансной частоты сети с изолированной нейтралью на переменных непромышленных частотах блоком измерения резонансной частоты и вычисление емкости сети и уставки ожидаемого тока цифровым программируемым процессором с блоком памяти.
В известных технических решениях емкость измеряется на постоянной частоте 16,6 Гц через определение проводимости, а вычисления производятся аналоговыми вычислительными элементами, что приводит к существенной погрешности определения ожидаемого емкостного тока при O33.
Безынерционный выход на нужный ток получается за счет того, что цифровой программируемый процессор с блоком памяти в зависимости от мощности реактора и уставки заранее выбирает угол отпирания, а в момент 033 отпирает тиристоры тиристорного преобразователя (ТП) ДГР с этим углом. Требуется лишь незначительная коррекция угла, которая также обеспечивается программой процессора.
Сохранение данных обеспечивает блок памяти цифрового программируемого процессора.
Диагностику работы обеспечивает блок диагностики.
Дистанционный контроль работы позволяет наличие в системе интерфейсов передачи данных Ethernet, и/или USB и/или RS-485.
На фиг 1 условно показана схема сети с изолированной нейтралью, оборудованная системой компенсации емкостного тока при O33 на основе заявляемого устройства.
Устройство выполняют в закрытом корпусе, в котором размещают процессор 1, модуль памяти 2, блок измерения частоты резонанса 3, систему управления 4 дугогасящим реактором, систему ввода-вывода 5, интерфейсы обмена данными 6, модуль поиска поврежденного фидера 7 и блок самодиагностики 8 (см. фиг. 1) Все блоки устройства имеют связь с процессором 1 и с блоком самодиагностики 8, который также имеет связь с процессором 1. Блок измерения частоты резонанса 3 содержит генератор тока переменной частоты и измеритель напряжения нейтрали (условно не показаны) и присоединяется к сигнальной обмотке (условно не показана) дугогасящего реактора 9 и к обмотке разомкнутого треугольника трансформатора напряжения 10. Система управления 4 дугогасящим реактором состоит из генератора тока предварительного подмагничивания, генератора импульсов управления, модуля дискретных входов и выходов (условно не показаны) и соединяется с датчиком тока, тиристорным преобразователем и обмоткой предварительного подмагничивания (данные элементы условно не показаны, т к входят в дугогасящий реактор) дугогасящего реактора 9, а также к его температурным датчикам Модуль поиска поврежденного фидера 7 соединен с сигнальной обмоткой реактора 9. Дугогасящий реактор 9 присоединен к сети 11 через нейтраль трансформатора (или фильтра нулевой последовательности) 12.
Устройство может быть изготовлено с помощью известных технологий и с применением известных электронных компонентов.
Принцип работы устройства изложен ниже.
В нормальном режиме генератор тока предварительного подмагничивания, входящий в состав системы управления 4 дугогасящим ректором обеспечивает подмагничивание реактора 9 стабилизированным током до такой величины, при которой индуктивное сопротивление реактора значительно превышает емкостное сопротивление изоляции сети 11 Благодаря этому, во-первых, становится возможным измерение емкости сети на частоте, отличной от промышленной, а во-вторых, отсутствуют коммутационные перенапряжения, характерные для резонансно настроенных сетей.
Одновременно с этим, генератором тока переменной частоты, входящим в блок измерения резонансной частоты 3 через сигнальную обмотку (условно не показана) дугогасящего реактора 9 в контур нулевой последовательности сети вводится ток переменной частоты. При этом напряжение нейтрали сети с соединенных в открытый треугольник вторичных обмоток трансформатора напряжения 10 анализируется измерителем напряжения, входящим в состав блока измерения резонансной частоты 3, определяется резонансная частота контура нулевой последовательности.
Процессор производит вычисление емкости 13 сети, используя формулу
где.
С - емкость сети,
L - индуктивность ректоров, подключенных к нейтрали сети,
f - частота резонанса контура нулевой последовательности сети, затем определяет величину ожидаемого тока, по формуле
I=2UπfC.
где U - фазное напряжение сети
Индуктивность всех реакторов, подключенных к нейтрали сети, вводится в память системы при пусконаладочных работах и изменяется эксплуатирующим персоналом только при их отключении или подключении, что практически никогда не делается в обычных сетях
Указанный способ измерения не имеет погрешности измерения из-за активных утечек изоляции, поскольку позволяет измерять непосредственно емкость сети.
При возникновении замыкания на землю процессор 1 блокирует работу блока измерения резонансной частоты 3 и генератора тока предварительного подмагничивания системы управления 4 дугогасящим реактором Устройство переходит в режим компенсации и, при помощи системы управления 4 дугогасящим реактором, формирует импульсы управления тиристорным преобразователем (условно не показан) дугогасящего реактора 9, обеспечивая необходимое подмагничивание и поддерживая ток реактора в соответствии с ранее определенной уставкой. Ток реактора в режиме компенсации определяется при помощи встроенного в реактор датчика тока (условно не показан).
Для безынерционного набора рабочего тока в момент начала O33, процессор устройства формирует импульсы управления тиристорным преобразователем (ТП) ДГР с заранее определенным начальным углом, выбранным в зависимости от уставки тока. Во время O33 делается лишь незначительная коррекция угла.
0
0
Для обнаружения поврежденного кабеля модуль поиска поврежденного фидера 7 кратковременно подает в сигнальную обмотку ДГР ток с частотой 16,6 Гц. Этот ток вызывает протекание по первичной обмотке ДГР тока такой же частоты. Контур протекания тока Полюс «X» ДГР - Земля - Место повреждения - Нейтраль - Полюс «А» ДГР Фидер с током несимметрии 31, имеющий в гармоническом составе такую частоту - поврежденный. Каждый фидер снабжают датчиком тока 31, частотным фильтром и указательным реле, которое срабатывает при появлении в токе несимметрии гармоники 16,6 Гц.
При исчезновении замыкания на землю, схема с выдержкой времени переходит в исходное состояние измерения емкости сети и производит сохранение данных об 033 в память устройства.
Стабильность работы устройства в течение всего времени контролируется блоком самодиагностики, результаты также фиксируются в памяти.
Дистанционный мониторинг и доступ к журналам событий может осуществляется с использованием интерфейсов обмена данными Ethernet, и/или USB и/или RS-485.