RU199742U1

RU199742U1 - Compensation device for capacitive currents based on a magnetizing arc suppression reactor

Info

Publication number: RU199742U1
Application number: RU2020113628U
Authority: RU
Inventors: Алтандуулга Базаррагчаа; Ильдар Равильевич Баязитов; Алексей Александрович Кузьмин; Вячеслав Германович Медведев; Людмила Анатольевна Петрова; Евгений Михайлович Петров; Михаил Иванович Петров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НИР Энерго"
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2020-09-17

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и касается устройств настройки дугогасящих реакторов (ДГР) с подмагничиванием в сетях 6-35 кВ.Сущность полезной модели – устройство настройки дугогасящего реактора с поддержанием в нормальном режиме работы электрической сети режима недокомпенсации, требующей относительно малой величины тока подмагничивания и малую мощность потерь в активной части реактора и выход на резонансный режим при однофазном замыкании на землю (ОЗЗ) с высоким быстродействием.Уровень техники. Поддержание резонансного режима компенсации в нормальном режиме работы электрической сети с реакторами с подмагничиванием связано с высоким уровнем потребления активной мощности на управление, сравнимое с мощностью потерь в режимах ОЗЗ в ДГР. Другим отрицательным свойством сетей с резонансно-заземленной нейтралью, особенно с высокой добротностью КНП, например, с кабелем с СПЭ изоляцией, является значительное, часто с недопустимым уровнем, смещение нейтрали. Устройство с предлагаемым алгоритмом контроля параметров сети и настройки КНП сети позволяет снизить мощность потребления устройством в целом за счет пониженного значения тока подмагничивания в нормальном режиме работы сети и обеспечить высокое быстродействие процесса настройки при сравнительно малом значении начального тока подмагничивания.The utility model relates to electrical engineering and concerns devices for adjusting arc suppressing reactors (ARCs) with magnetization in 6-35 kV networks. The essence of the utility model is a device for adjusting an arc suppressing reactor with maintaining the undercompensation mode in normal operation of the electrical network, power losses in the active part of the reactor and reaching the resonance mode with a single-phase earth fault (EGF) with high speed. The level of technology. Maintaining the resonant compensation mode in the normal operation of the electric network with bias reactors is associated with a high level of active power consumption for control, comparable to the power losses in the OZZ modes in the DGR. Another negative property of networks with a resonant-grounded neutral, especially with a high Q-factor, for example, with XLPE insulated cable, is a significant, often with an unacceptable level, neutral displacement. The device with the proposed algorithm for monitoring the network parameters and adjusting the NPC of the network allows to reduce the power consumption of the device as a whole due to the reduced value of the bias current in the normal operation of the network and to ensure high speed of the tuning process with a relatively small value of the initial bias current.

Description

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.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in systems for automatic compensation of capacitive earth fault currents in 6-35 kV distribution networks.

Известны устройства автоматической настройки компенсации емкостных токов (КЭТ), 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 [1, 2]. 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.Known devices for automatic adjustment of compensation of capacitive currents (KET), containing a measuring element based on the neutral bias voltage sensor and an amplitude or phase detector acting on the control unit of the inductance of the arc suppression reactor (DGR), connected to the network by means of a connecting transformer - zero sequence filter [1, 2]. In such devices, the adjustment is reduced to maintaining, during normal operation of the network, the maximum bias voltage of the neutral or its phase relative to a certain reference vector. As the latter, the linear secondary voltage of the voltage measuring transformer is mainly used.

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 глубокой расстройке регулируемого контура информационный сигнал снижается до уровня шумов, что приводит к потере управления. Они не работоспособны в сетях с комбинированным режимом заземления нейтрали, когда катушка ДГР шунтируется высокоомным резистором. Вследствие указанного системы КЭТ на основе упомянутых устройств автоматики требуют искусственного, часто регулируемого, смещения нейтрали.The disadvantages of these devices are a significant, often unacceptable, offset of the neutral in the area of resonant tuning in networks with a predominance of overhead lines with a high degree of natural unbalance and with XLPE cables with a high quality factor. With a deep detuning of the controlled loop, the information signal is reduced to the noise level, which leads to a loss of control. They are not operational in networks with a combined neutral grounding mode, when the GDR coil is shunted by a high-resistance resistor. As a result of the specified system, KET based on the mentioned automation devices require an artificial, often controlled, neutral displacement.

Известна установка, имеющая наиболее близкие к предложенной полезной модели признаки [3]. Она содержит 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^о.Known installation, which has the closest features to the proposed utility model [3]. It contains a control device for an adjustable by means of a continuously adjustable GDR, including a microprocessor device with a display, a keyboard and external memory, a device for communication with a computer of a higher level and a signal generator for controlling an actuator, as well as an input unit for matching and filtering input signals - resistive dividers with a nonlinear current-voltage characteristic band-pass filters tuned to the fundamental frequency of the mains voltage, comparators, analog-to-digital converter. The device also contains a phase-correcting device for correcting the phase shift between the input and reference signals in the resonance tuning mode, the value of which is set at -90 ^o .

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^о.The information coordinate characterizing the state of the controlled circuit is formed by a device for measuring the phase shift between the input and reference voltages. When the shear angle between these voltages exceeds the value specified by the settings, the actuator is switched on until the neutral bias voltage maximum is reached and the subsequent setting by the phase corrector of the specified angle value -90 ^o .

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 в случае использования реактора с подмагничиванием сердечника и цепей питания этой обмотки. 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.The disadvantage is the complexity of the technical implementation, due to the execution of signal processing devices on an analog element base, a limited range of correction of the phase angle φ between the input signals, which in some modes may cause incorrect operation of the automatic tuning device of the GDR. Constant maintenance of the resonant mode leads to significant losses in the bias winding in the case of using a reactor with bias core and power supply circuits of this winding. The functioning of the device is completely dependent on the natural source of unbalance voltage, which is the most unstable parameter in the network. In balanced cable networks, where the unbalance voltage is approximately zero, additional energy-intensive equipment is required to provide artificial unbalance in the network. These factors hinder the industrial use of this device.

Целью предлагаемой полезной модели является упрощение технической реализации устройства автоматической настройки, улучшение эксплуатационных характеристик и расширение области применения.The purpose of the proposed utility model is to simplify the technical implementation of the automatic adjustment device, improve performance and expand the scope.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю, содержащем дугогасящий реактор в цепи заземления нейтрали с обмоткой подмагничивания W _п, регулируемый источник питания 5, связанный микропроцессорным устройством (МПУ) с измерительными органами на основе датчиков напряжения смещения нейтрали 6 и тока подмагничивания 4, посредством увеличения тока подмагничивания I _п, находится резонансная настройка по максимуму смещения нейтрали 3U ₀, фиксируется величина тока подмагничивания, соответствующая этой настройке, затем снижается ток подмагничивания на заданную величину, фиксируются значения I _п, 3U ₀ и фазовый угол φ. Дополнительными параметрами фиксации режима резонансной настройки являются значения напряжения смещения и фазовый угол φ между векторами этого напряжения и опорного.This goal is achieved by the fact that in the device for automatic adjustment of compensation of capacitive earth fault currents, containing an arc suppression reactor in the neutral grounding circuit with a bias winding W _p , an adjustable power supply 5 connected by a microprocessor device (MPU) with measuring elements based on neutral bias voltage sensors 6 and the bias current 4, by increasing the bias current I _p , a resonant setting is found for the maximum bias of the neutral 3 U ₀ , the magnitude of the bias current corresponding to this setting is fixed, then the bias current is reduced by a given value, the values of I _p , 3 U ₀ and phase angle φ. Additional parameters for fixing the resonance tuning mode are the bias voltage values and the phase angle φ between the vectors of this voltage and the reference one.

Целью реализации указанного алгоритма управления настройкой ДГР с подмагничиванием с поддержанием в нормальном режиме работы недокомпенсации является снижение напряжения смещения нейтрали, существенное (до 10 и более раз) уменьшение мощности потерь в ДГР и источнике питания обмотки подмагничивания, что весьма важно для электрической сети и силового оборудования в плане повышения надежности электрооборудования и электроснабжения в целом.The purpose of the implementation of the specified control algorithm for setting the GDR with bias while maintaining undercompensation in normal operation is to reduce the bias voltage of the neutral, a significant (up to 10 or more times) decrease in the power losses in the GDR and the power source of the bias winding, which is very important for the electrical network and power equipment in terms of improving the reliability of electrical equipment and power supply in general.

Предлагаемое устройство реализует аналогичный прототипу 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.The proposed device implements the analogous to the prototype amplitude and phase principles of tuning, but a different control scheme of the executive body and a limited composition of functional units. The tuning method is based on the property of maintaining a mode in the network with undercompensation of capacitive currents and a small neutral displacement and tuning to resonance in the modes of single-phase ground faults (OZZ) according to the measured parameters of the network preceding the OZZ.

Таким образом, техническое решение, реализованное в соответствии с указанными признаками и связями, существенно проще аналогичных устройств и, в отличие от прототипа, имеет улучшенные эксплуатационные характеристики. Устройство может применяться в воздушных и кабельных сетях.Thus, the technical solution implemented in accordance with the indicated features and connections is much simpler than similar devices and, in contrast to the prototype, has improved performance characteristics. The device can be used in overhead and cable networks.

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 приведена схема устройства автоматической компенсации емкостных токов на основе дугогасящего реактора с подмагничиванием от регулируемого источника постоянного тока.FIG. 1 shows a diagram of a device for automatic compensation of capacitive currents based on an arc suppression reactor with magnetization from a regulated DC source.

Цепь компенсации образована подключенным к распределительной электрической сети нейтралеобразующим трансформатором – фильтром нулевой последовательности 1 и последовательно соединенными с ним рабочей обмоткой W _р дугогасящего реактора 2 и датчиком тока реактора – измерительным трансформатором тока 3. Обмотка подмагничивания W _п реактора 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 _c реактора и трансформатора тока 3.The compensation circuit is formed by a neutral-forming transformer connected to the distribution electric network - a zero sequence filter 1 and a working winding W _{p of an} arc suppression reactor 2 connected in series with it and a reactor current sensor - a measuring current transformer 3. The bias winding W _{p of the} reactor is connected to the output of an adjustable power source 5. In the circuit of the specified winding, there is a bias current sensor 4, the signal from which is fed to the input of the measuring device MPU 7. The same body receives signals taken from the secondary windings of the measuring voltage transformer 6, connected according to the open delta and "star" scheme, from the signal winding W _c reactor and current transformer 3.

Устройство автоматической настройки работает следующим образом. В исходном состоянии ток подмагничивания обмотки реактора отсутствует и в сеть находится в режиме глубокой недокомпенсации. МПУ плавно увеличивает выходное напряжение U _у, отслеживая при этом параметры 3U ₀, I _п ^’, и фазовый угол φ. При достижении основной гармоники (50 Гц) напряжения 3U ₀ максимальной величины, запоминается его значение, величина тока I _п, соответствующая достигнутому максимуму напряжению 3U ₀, а также фазовый угол φ. В сетях с большим уровнем гармонических составляющих вместо напряжения 3U ₀ желательно использовать напряжение сигнальной обмотки U _Wc дугогасящего реактора. По сохранению указанных параметров МПУ снижает (скачкообразно или плавно) величину тока подмагничивания в n раз. Коэффициент n, определяется, исходя из соображений снижения потерь в системе подмагничивания, смещения нейтрали в интервале 2-3 и задается уставкой. Затем сохраняются в памяти МПУ значения напряжения 3U ₀ и фазового угла φ для установившегося значения расстройки компенсации при пониженной величине тока подмагничивания.The auto-tuning device works as follows. In the initial state, the bias current of the reactor winding is absent and the network is in deep undercompensation mode. The MPU smoothly increases the output voltage U _y , while monitoring the parameters 3 U ₀ , I _p ^' , and the phase angle φ. When the fundamental harmonic (50 Hz) of the voltage 3 U ₀ reaches its maximum value, its value, the value of the current I _p , corresponding to the maximum voltage 3 U ₀ , as well as the phase angle φ are stored. In networks with a high level of harmonic components, instead of voltage 3 U _0, it is desirable to use the voltage of the signal winding U _{Wc of the} arc suppression reactor. According to the preservation of the specified parameters, the MPA reduces (abruptly or smoothly) the magnitude of the bias current by a factor of n . The coefficient n is determined based on considerations of reducing losses in the bias system, neutral displacement in the interval 2-3 and is set by the setting. Then the values of the voltage 3 U ₀ and the phase angle φ are stored in the memory of the MPU for the steady-state value of the compensation detuning at a reduced value of the bias current.

При изменения фазовых емкостей относительно земли, например, в связанных с отключением или подключением отходящих линий, происходит изменение расстройки и связанные с ним отклонения напряжения 3U ₀ и фазового угла φ от запомненных в памяти МПУ, при выходе которых за пределы, заданные уставками в устройстве значений, выставляемых клавиатурой К по показаниям индикатора И, МПУ плавно увеличивает выходное напряжение U _у, увеличивая таким образом ток подмагничивания I _п обмотки W _п до значения, соответствующего новому максимуму смещения нейтрали. При достижении максимума 3U ₀ МПУ, в соответствии с вышеописанным алгоритмом, повторяет процесс установки режима контролируемой недокомпенсации и сохранения параметров настройки в памяти устройства.When the phase capacitances change with respect to the ground, for example, in those associated with disconnecting or connecting outgoing lines, there is a change in the detuning and associated deviations of the voltage 3 U ₀ and the phase angle φ from those stored in the memory of the MPU, when they go beyond the limits set by the settings in the device values set by the keyboard K according to the indications of the indicator I, the MPU smoothly increases the output voltage U _y , thus increasing the bias current I _{p of the} winding W _p to a value corresponding to the new maximum of the neutral offset. When the maximum 3 U _{0 is} reached, the MPU, in accordance with the above-described algorithm, repeats the process of setting the controlled undercompensation mode and saving the settings in the device's memory.

Предложенное устройство автоматической компенсации емкостных токов с дугогасящими реакторами с подмагничиванием сердечника позволяет достаточной точностью контролировать степень настройки сети во всем диапазоне регулирования и устанавливать с высокой точностью требуемый режим компенсации емкостных токов в режимах однофазных замыканий на землю по измеренным параметрам сети в нормальном режиме ее работы.The proposed device for automatic compensation of capacitive currents with arc suppression reactors with magnetization of the core allows sufficient accuracy to control the degree of network tuning in the entire regulation range and to set with high accuracy the required compensation mode for capacitive currents in the modes of single-phase ground faults according to the measured parameters of the network in normal operation.

Источники информации:Sources of information:

1. Обабков В.К. Совершенствование фазового способа автоматического поддержания условий компенсации емкостных токов в кабельных сетях 6-35 кВ // Электричество, 1989, №1. С. – 18-25.1. Obabkov V.K. Improvement of the phase method for automatic maintenance of conditions for compensation of capacitive currents in cable networks 6-35 kV // Electricity, 1989, no. S. - 18-25.

2. А.с. №1026231 (СССР). Устройство для автоматической настройки плунжерных дугогасящих реакторов /О.А. Петров, А.М. Ершов, А.Н. Хабаров. Опубл. в БИ 1983, №24.2.A.S. No. 1026231 (USSR). Device for automatic adjustment of plunger arc suppression reactors / O.A. Petrov, A.M. Ershov, A.N. Khabarov. Publ. in BI 1983, no.24.

3. 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. – 60-66.3. Adaptive system for tuning the zero sequence circuit of the distribution network 6-35 kV / M.I. Petrov, I.A. Polkov, I.N. Polyakov, I.N. Stepanov // Problems of the electric power industry at the regional level. Interuniversity collection scientific. tr. Cheboksary. Chuvash publishing house. University, 1998.S. - 60-66.

Claims

A capacitive current compensation device containing a neutralizing transformer connected to a distribution electric network - a zero sequence filter and a working winding Wp of the arc suppression reactor connected in series with it and a reactor current sensor - a measuring current transformer, a magnetizing winding Wp of an arc suppression reactor is connected to the output of a power supply regulated by a measuring device , in the circuit of the specified winding Wp, a bias current sensor is turned on, the signal from which is fed to the input of the measuring device, the same measuring device receives signals taken from the secondary windings of the measuring voltage transformer connected according to the "open delta" and "star" scheme, with a signal winding Wc of the arc suppression reactor and from the measuring current transformer.