RU175022U1

RU175022U1 - DEVICE FOR SYMMETRATION OF PHASE VOLTAGES OF DISTRIBUTIVE ELECTRIC NETWORKS 6-35 KV

Info

Publication number: RU175022U1
Application number: RU2017115101U
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Петров; Евгений Валерьевич Маршутин; Вячеслав Германович Медведев; Алексей Александрович Кузьмин; Евгений Михайлович Петров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью ООО "НИР Энерго"
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2017-11-16

Abstract

Область использования относится к электротехнике, а именно к устройствам, предназначенным для снижения несимметрии фазных напряжений в электрических сетях 6-35 кВ.Сущность полезной модели: устройство симметрирования фазных напряжений в распределительных электрических сетях 6-35 кВ с резонансно заземленной нейтралью и с высокой степенью естественной несимметрии. Технический результат полезной модели заключается в снижении несимметрии фазных напряжений сети относительно земли и повышении надежности электрооборудования. Указанный технический результат достигается тем, что к контуру нулевой последовательности сети, посредством вторичной обмотки дугогасящего реактора (ДГР) и токоограничивающего элемента подключается усилитель мощности, охваченный отрицательной обратной связью. Устройство при любом значении естественной несимметрии обеспечивает минимальное значение напряжения на вторичной обмотке ДГР, и, соответственно в нейтрали электрической сети.Применение устройства позволяет провести симметрирование фазных напряжений сети в широкой полосе частот, что особенно важно для сетей с потребителями с нелинейной нагрузкой и с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена, имеющих высокую добротность.The field of application relates to electrical engineering, namely, devices designed to reduce the asymmetry of phase voltages in electric networks of 6-35 kV. The essence of the utility model: a device for balancing phase voltages in distribution electric networks of 6-35 kV with resonantly grounded neutral and with a high degree of natural asymmetries. The technical result of the utility model is to reduce the asymmetry of the phase voltage of the network relative to the ground and increase the reliability of electrical equipment. The specified technical result is achieved by the fact that a power amplifier engulfed in negative feedback is connected to the circuit of the zero sequence of the network by means of the secondary winding of the arc suppression reactor (GDR) and the current-limiting element. The device for any value of natural asymmetry provides the minimum voltage value on the secondary winding of the GDR, and, accordingly, in the neutral of the electrical network. The use of the device allows the phase voltage of the network to be balanced in a wide frequency band, which is especially important for networks with consumers with non-linear load and with cables with XLPE insulation with high quality factor.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для симметрирования фазных напряжений относительно землераспределительных электрических сетей 6-35 кВ.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used for balancing phase voltages relative to earth distribution electric networks of 6-35 kV.

В электрических распределительных сетях среднего напряжения, эксплуатирующихся с резонансно-заземленной нейтралью, возможны значительные смещения нейтрали, которые обусловлены высокой степенью естественной несимметрии фазных проводимостей на землю и качеством (добротностью) изоляции, особенно характерных для сетей с СПЭ изоляцией. Проблемой являются и неполнофазные режимы, при которых, вследствие обрыва фазы участка сети несимметрия фазных напряжений может превысить допустимые значения. Смещение нейтрали оказывает отрицательное влияние на изоляцию сети и является фактором, способствующим возникновению однофазных замыканий на землю и аварийных ситуаций в электрической сети.In medium-voltage electrical distribution networks operating with a resonantly-grounded neutral, significant neutral displacements are possible, which are caused by a high degree of natural asymmetry of phase conductivities to the ground and the quality (quality factor) of insulation, especially characteristic for networks with SPE insulation. Non-phase modes are also a problem, in which, due to phase failure of the network section, the asymmetry of phase voltages can exceed the permissible values. The neutral offset has a negative effect on the insulation of the network and is a factor contributing to the occurrence of single-phase earth faults and emergency situations in the electrical network.

На практике, часто в сетях с малыми токами замыкания и преимущественно с воздушными линиями электропередачи напряжением 10 и 35 кВ, производят симметрирование фазных напряжений путем подключения к фазам сети с меньшей емкостью дополнительных конденсаторов с целью выравнивания фазных емкостей по величине. В качестве симметрирующих конденсаторов часто используют емкости линий ВЧ связи [1].In practice, often in networks with low fault currents and mainly with overhead power lines with a voltage of 10 and 35 kV, phase voltages are balanced by connecting additional capacitors to the phases of the network with a lower capacity in order to equalize the phase capacities in magnitude. As balancing capacitors, capacitances of RF communication lines are often used [1].

Более безопасным способом является введение в нейтраль сети напряжения от вспомогательного источника, например, сети собственных нужд подстанций, посредством дополнительной обмотки дугогасящего реактора ДГР [2]. Пример, описанный в указанном патенте, используется для создания искусственной несимметрии с целью улучшения селективности автоматики управления ДГР.A safer way is to introduce a neutral voltage network from an auxiliary source, for example, a substation auxiliary network, by means of an additional winding of the GDR arc suppression reactor [2]. The example described in this patent is used to create artificial asymmetry in order to improve the selectivity of automatic control of the GDR.

Существуют способы выравнивания фазных напряжений путем установки дополнительных трансформаторов, посредством которых ток небаланса (нулевой последовательности) перераспределяется по фазам сети и, тем самым, симметрируя фазные напряжения сети [3].There are ways to equalize phase voltages by installing additional transformers, through which the unbalance current (zero sequence) is redistributed across the phases of the network and, thereby, balancing the phase voltage of the network [3].

Недостатками способа с подключением емкостей к фазам сети и реализации их на практике являются практическая невозможность адаптации к изменившимся параметрам сети вследствие изменения конфигурации сети; трудности в реализации, связанные с выделением ячейки для подключения дополнительных конденсаторов, с выбором упомянутых элементов; сложности в расчетах параметров этих конденсаторов.The disadvantages of the method with connecting the capacitors to the phases of the network and their implementation in practice are the practical impossibility of adapting to the changed network parameters due to changes in the network configuration; difficulties in implementation associated with the allocation of cells for connecting additional capacitors, with the choice of the mentioned elements; difficulties in calculating the parameters of these capacitors.

Недостатками способа и устройства введения напряжения от вспомогательного источника являются выбор источника с напряжением необходимыми амплитудно-фазовыми соотношениями; адаптация упомянутых характеристик к изменяемым параметрам контура нулевой последовательности (КНП) электрической сети.The disadvantages of the method and device for introducing voltage from an auxiliary source are the choice of a voltage source with the necessary amplitude-phase relationships; adaptation of the mentioned characteristics to the variable parameters of the zero sequence circuit (KNI) of the electric network.

Целью предлагаемой полезной модели является упрощение технической реализации устройства симметрирования фазных напряжений электрической сети, улучшение эксплуатационных характеристик и расширение области применения.The purpose of the proposed utility model is to simplify the technical implementation of the device for balancing the phase voltages of the electric network, improve operational characteristics and expand the scope.

Указанная цель достигается тем, что в цепь вторичной обмотки дугогасящего реактора, включенного в электрическую сеть посредством присоединительного трансформатора - фильтра нулевой последовательности, через токоограничивающий элемент подключается усилитель мощности, охваченный отрицательной обратной связью, причем сигнал обратной связи на вход усилителя подается с точки соединения вывода вторичной обмотки реактора с выводом токоограничивающего элемента.This goal is achieved by the fact that in the secondary circuit of the arc suppression reactor, connected to the electric network by means of a connecting transformer - a zero-sequence filter, a power amplifier connected by negative feedback is connected through a current-limiting element, and the feedback signal is fed to the amplifier input from the connection point of the secondary output reactor windings with the output of a current-limiting element.

В другом варианте сигнал обратной связи снимается со второй, дополнительной, обмотки ДГР.In another embodiment, the feedback signal is removed from the second, additional winding of the GDR.

Предлагаемое устройство, реализованное на современной элементной базе, с применением ключевых режимов управления силовыми элементами усилителя мощности использованием вторичных обмоток ДГР для реализации указанной цели позволяет снижать массогабаритные показатели оборудования и стоимость, применять пониженное рабочее напряжение для управления симметрией фазных напряжений.The proposed device, implemented on a modern elemental base, using key modes of controlling the power elements of a power amplifier using secondary windings of the GDR to achieve this goal allows us to reduce the overall dimensions of the equipment and cost, apply a reduced operating voltage to control the symmetry of phase voltages.

Таким образом, техническое решение, реализованное в соответствии с указанными признаками и связями, существенно проще аналогичных устройств и, в отличие от устройств аналогичного назначения, имеет улучшенные эксплуатационные характеристики. Устройство нечувствительно ко всем видам небалансов и может применяться в воздушных и кабельных сетях, включая сети с комбинированным режимом заземления.Thus, the technical solution implemented in accordance with the indicated features and relationships is much simpler than similar devices and, in contrast to devices of a similar purpose, has improved operational characteristics. The device is insensitive to all types of imbalances and can be used in overhead and cable networks, including networks with a combined grounding mode.

Предложенное техническое решение характеризуется новой ранее неизвестной совокупностью признаков и может быть признано полезной моделью.The proposed technical solution is characterized by a new previously unknown set of features and can be recognized as a useful model.

На фиг. 1 основным шрифтом приведена схема устройства симметрирования фазных напряжений электрической сети с использованием сигнальной обмотки дугогасящего реактора, а штрихпунктиром - схема с цепью обратной связи, организованной посредством дополнительной вторичной обмотки реактора.In FIG. 1, the main font shows a diagram of a device for balancing the phase voltages of an electric network using the signal winding of an arc suppression reactor, and a dash-dot line shows a circuit with a feedback circuit organized by means of an additional secondary winding of the reactor.

К распределительной электрической сети с соответствующими емкостями фаз относительно земли и сопротивлениями утечек, через нейтралеобразующий трансформатор - фильтр, заземляющий ФЗ и разъединитель QR подключен дугогасящий реактор 1. На вторичной (сигнальной) обмотке реактора наводится напряжение, пропорциональное напряжению смещения нейтрали сети, обусловленного емкостью несимметрии ΔC_A и параметрами КНП и числу витков W_сигн. К верхнему выводу обмотки W_сигн подключены цепь обратной связи 4 (ОС) и выход токоограничивающего элемента 3, между входом которого и ОС включен усилитель мощности 2. Усилитель включен таким образом, что на любое возмущение, возникающее на выводах сигнальной обмотки, создается уравновешивающий сигнал, противоположный по знаку и равный по значению. В результате, на выводах сигнальной обмотки, при любых возмущениях в нейтрали сети или наличии асимметрии фазных напряжений сохраняется нулевое напряжение. При этом падение напряжения на токоограничивающем элементе определяется величиной выходного тока усилителя мощности, противоположного по знаку (направлению) тока сигнальной обмотки и сопротивлением элемента.An arcing reactor 1 is connected to a distribution electric network with corresponding phase capacitances relative to earth and leakage resistance, through a neutralizing transformer - a filter, a grounding FZ and a disconnector QR. A voltage proportional to the bias voltage of the neutral of the network due to the asymmetry capacity ΔC is induced on the secondary (signal) winding of the reactor _A and the parameters of the KNI and the number of turns of W _signal . To a tip end of the winding W _Sig connected feedback circuit 4 (OS) and an output current limiting element 3 between input and operating systems which included the power amplifier 2. The amplifier is enabled so that any disturbance arising in the signal winding findings generated balancing signal, opposite in sign and equal in meaning. As a result, at the terminals of the signal winding, for any disturbances in the neutral of the network or the presence of phase voltage asymmetry, zero voltage is maintained. In this case, the voltage drop across the current-limiting element is determined by the output current of the power amplifier, which is opposite in sign (direction) of the signal winding current and the resistance of the element.

В качестве токоограничивающего элемента 3 усилителя мощности 2 предпочтительно применить резисторы с нелинейной вольтамперной характеристикой - лампу накаливания или катушку с втягивающимся сердечником.As a current-limiting element 3 of the power amplifier 2, it is preferable to use resistors with a non-linear current-voltage characteristic - an incandescent lamp or a coil with a retracting core.

Предложенное устройство симметрирования фазных напряжений сети позволяет выравнивать фазные напряжения относительно земли в широком диапазоне частот как в сетях с воздушными линиями, так и с кабельными и смешанными линиями электропередачи.The proposed device for balancing the phase voltage of the network allows you to align the phase voltage relative to the earth in a wide frequency range both in networks with overhead lines, and with cable and mixed power lines.

Источники информации:Information sources:

1. Вильгельм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. - М.: Госэнергоиздат, 1959, 416 с.1. Wilhelm R., Waters M. Grounding neutral in high-voltage systems. - M.: Gosenergoizdat, 1959, 416 p.

2. А.с. №1536476 (СССР). Устройство для определения знака расстройки компенсации тока замыкания на землю. / И.Н. Степанов, МИ. Петров. - Опубл. в БИ, 1990, №2.2. A.S. No. 1536476 (USSR). A device for determining the sign of the detuning compensation of the earth fault current. / I.N. Stepanov, MI. Petrov. - Publ. in BI, 1990, No. 2.

3. А.с. №514390 (СССР). Устройство для симметрирования фазных напряжений m-фазной сети. / А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов, В.Т. Третьяк, Н.Р. Каплычный. Опубл. в БИ, 1976, №18.3. A.S. No. 514390 (USSR). Device for balancing phase voltages of an m-phase network. / A.K. Shidlovsky, V.G. Kuznetsov, V.T. Tretyak, N.R. Capillary. Publ. in BI, 1976, No. 18.

Claims

A device for balancing the phase voltages of distribution electric networks of 6-35 kV, containing a connecting transformer and an arcing reactor, characterized in that a power amplifier covered by negative feedback is connected to the secondary winding of the reactor through a current-limiting element, and the feedback signal is fed to the amplifier input either from the connection point the output of the signal winding of the reactor with the output of the current-limiting element, or with an additional secondary winding of the arc suppression reactor.