RU2018146C1 - Method of checking operating state of smoothing filter - Google Patents

Method of checking operating state of smoothing filter Download PDF

Info

Publication number
RU2018146C1
RU2018146C1 SU4622947A RU2018146C1 RU 2018146 C1 RU2018146 C1 RU 2018146C1 SU 4622947 A SU4622947 A SU 4622947A RU 2018146 C1 RU2018146 C1 RU 2018146C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
transformer
smoothing filter
value
amplitude
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
О.И. Новиков
Ю.В. Соболев
Original Assignee
Уральское отделение Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Уральское отделение Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта filed Critical Уральское отделение Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта
Priority to SU4622947 priority Critical patent/RU2018146C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2018146C1 publication Critical patent/RU2018146C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method of estimating an operating state of a smoothing filter involves comparing harmonic parameter values measured at predertmined obtained ratio of dc Voltages with harmonic voltage parameter values normalized at the same ratio. EFFECT: enhanced normalization accuracy. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля технического состояния сглаживающего фильтра. Такие фильтры всегда устанавливаются на тяговых подстанциях электрических железных дорог постоянного тока для защиты устройств проводной связи и железнодорожной автоматики от мешающего влияния гармонии напряжения, которые генерируются подстанционными преобразователями и проникают в тяговую сеть. The invention relates to measuring technique and is intended to control the technical condition of the smoothing filter. Such filters are always installed in traction substations of direct current electric railways to protect wireline communication devices and railway automatics from the interfering influence of voltage harmony generated by substation converters and penetrate into the traction network.

Аналогами предлагаемого технического решения являются:
- способ, основанный на использовании при неработающих преобразователях тяговой подстанции измерительного напряжения, которое имеет синусоидальную форму и частоту, равную частоте сглаживаемых фильтром гармоник;
- способ, предусматривающий измерение псофометрического значения напряжения переменной составляющей на выходе сглаживающего фильтра в процессе питания преобразователем нагрузки;
- способ, основанный на определении отношения псофометрического напряжения, измеренного в предыдущем способе, к номинальному значению выпрямленного напряжения преобразователя;
- способ контроля по величине отношения (коэффициента сглаживания) псофометрического значения напряжения переменной составляющей на входе сглаживающего фильтра (между полюсами выпрямленного напряжения силового преобразователя и псофометрического значения напряжения переменной составляющей на выходе фильтра, в точках соединения его и нагрузки преобразователя.
Analogues of the proposed technical solutions are:
- a method based on the use of non-working converters of the traction substation of the measuring voltage, which has a sinusoidal shape and a frequency equal to the frequency of the harmonics smoothed by the filter;
- a method involving the measurement of the psophometric value of the voltage of the variable component at the output of the smoothing filter during power supply by the load converter;
- a method based on determining the ratio of the psophometric voltage measured in the previous method to the nominal value of the rectified voltage of the converter;
- a method of controlling the magnitude of the ratio (smoothing coefficient) of the psophometric value of the voltage of the variable component at the input of the smoothing filter (between the poles of the rectified voltage of the power converter and the psophometric value of the voltage of the variable component at the output of the filter, at the points of its connection and the load of the converter.

Для контроля по первому способу требуется выводить из работы преобразователь, контролируемый фильтр и прекращать питания нагрузки. Выполнение этих условий сопряжено с трудоемкими операциями отключения силового оборудования. Применительно к электрическим железным дорогам такой контроль сопровождается отключением тяговой подстанции. Это ограничивает провозную способность железнодорожного транспорта, снижает надежность устройств защиты системы электроснабжения. Известный способ не позволяет оперативно контролировать техническое состояние сглаживающего фильтра в процессе его работы, что снижает эффективность такого способа контроля. For control according to the first method, it is required to deactivate the converter, the controlled filter and stop the load supply. Fulfillment of these conditions is associated with laborious shutdown operations of power equipment. With regard to electric railways, such control is accompanied by a disconnection of the traction substation. This limits the carrying capacity of railway transport, reduces the reliability of the protection devices of the power supply system. The known method does not allow to quickly monitor the technical condition of the smoothing filter during its operation, which reduces the effectiveness of this control method.

Остальные три известных способа позволяют определять диагностические параметры в процессе работы сглаживающего фильтра и поэтому лишены перечисленных недостатков. Однако эти способы не обеспечивают глубину контроля, достаточную для определения дефектов во всех элементах фильтра. The remaining three known methods allow you to determine the diagnostic parameters during the operation of the smoothing filter and therefore are devoid of the above disadvantages. However, these methods do not provide a depth of control sufficient to identify defects in all filter elements.

Ближайшим прототипом является способ, предусматривающий одновременное измерение тока нагрузки преобразователя, эффективного и псофометрического значения переменной составляющей напряжения на выходе контролируемого фильтра. Измерение эффективного значения переменной составляющей и тока нагрузки позволяют обеспечить необходимую глубину контроля. При этом усложняются предписанные алгоритмом контроля состав измерительных операций и правила обработки и анализа результатов измерений. The closest prototype is a method involving the simultaneous measurement of the load current of the converter, the effective and psofometric values of the variable component of the voltage at the output of the controlled filter. Measurement of the effective value of the variable component and the load current make it possible to provide the necessary depth of control. At the same time, the composition of the measuring operations and the rules for processing and analyzing the measurement results prescribed by the control algorithm are complicated.

Это вызвано следующими причинами. Обязательной операцией известного способа является нормирование измеренных параметров переменной составляющей при определенном значении показателя интенсивности нагрузочного режима преобразователя, которая однозначно характеризует ее влияние на напряжение гармоник переменной составляющей. Величина тока, который измеряется в известном способе для контроля за интенсивностью нагрузочного режима, не обеспечивает однозначности такой зависимости. Поэтому приходится дополнительно измерять напряжение вентильной обмотки преобразовательного трансформатора или напряжение его сетевой обмотки и по этому напряжению с учетом реального положения переключающих устройств трансформатора находить напряжение его вентильной обмотки. Далее, используя параметры конкретной тяговой подстанции (напряжение к.з., номинальная мощность и количество работающих сетевых и преобразовательных трансформаторов, мощность короткого замыкания питающей сети), которые имеют разные значения, находить угол коммутации преобразователя, которому соответствуют измеренные значения его нагрузочного тока, напряжения указанных обмоток преобразовательного трансформатора и параметров переменной составляющей напряжения на выходе контролируемого фильтра. При известной величине угла коммутации можно обеспечить необходимое для контроля фильтра нормирование параметров переменной составляющей, так как, во-первых, между напряжением его гармоник и углом коммутации существует однозначная зависимость и, во-вторых, угол коммутации дает количественную оценку интенсивности нагрузочного режима. Такое нормирование позволяет располагать значениями измеряемых параметров переменной составляющей, которые характеризуют техническое состояние контролируемого фильтра. This is due to the following reasons. A mandatory operation of the known method is the normalization of the measured parameters of the variable component at a certain value of the indicator of the intensity of the load mode of the converter, which uniquely characterizes its effect on the harmonic voltage of the variable component. The magnitude of the current, which is measured in a known method for monitoring the intensity of the load mode, does not provide the uniqueness of such a relationship. Therefore, it is necessary to additionally measure the voltage of the valve winding of the converter transformer or the voltage of its network winding and from this voltage, taking into account the real position of the switching devices of the transformer, find the voltage of its valve winding. Further, using the parameters of a specific traction substation (short-circuit voltage, rated power and the number of operating network and converter transformers, short circuit power of the supply network), which have different values, find the switching angle of the converter, which corresponds to the measured values of its load current, voltage the specified windings of the converter transformer and the parameters of the variable component of the voltage at the output of the controlled filter. With the known value of the switching angle, it is possible to ensure the normalization of the parameters of the variable component necessary for filter control, since, firstly, there is an unambiguous relationship between the voltage of its harmonics and the switching angle and, secondly, the switching angle gives a quantitative estimate of the intensity of the load mode. This standardization allows you to have the values of the measured parameters of the variable component that characterize the technical condition of the controlled filter.

Из приведенных данных следует, что сложность алгоритма контроля по известному способу характеризуется тремя операциями измерений и одной операцией расчета по сложной зависимости, в которую входит 8 параметров тяговой подстанции и 2 измеренных величины. From the above data it follows that the complexity of the control algorithm by the known method is characterized by three measurement operations and one calculation operation by a complex dependence, which includes 8 parameters of the traction substation and 2 measured values.

Целью изобретения является повышение качества контроля за счет повышения точности нормирования. The aim of the invention is to improve the quality of control by improving the accuracy of standardization.

Сущность изобретения заключается в следующем. Одновременно с измерением на клеммах контролируемого фильтра параметров (псофометрическое напряжение, отношение псофометрического напряжения к номинальному значению выпрямленного напряжения преобразователя, коэффициент сглаживания псофометрического напряжения, отношение псофометрического и эффективного значений переменной составляющей напряжения на выходе фильтра, напряжение отдельных гармоник) напряжения гармоник, создаваемых в процессе работы силового преобразователя, для регистрации интенсивности его нагрузочного режима выполняют следующие дополнительные операции. Формируют (получают) постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде определенных полуволн переменной составляющей выпрямленного напряжения на выходе контролируемого сглаживающего фильтра, которая определяется минимальным значением этого напряжения. Получают также постоянное напряжение, которое пропорционально амплитуде переменного напряжения обмоток трансформатора силового преобразователя. Находят отношение полученных постоянных напряжений. Оценивают техническое состояние контролируемого сглаживающего фильтра путем сравнения значений параметров гармоник, измеренных при определенной величине полученного отношения, с нормированными при такой же величине этого отношения значениями параметров напряжения гармоник. The invention consists in the following. Simultaneously with the measurement at the terminals of the controlled filter parameters (psophometric voltage, ratio of psophometric voltage to the nominal value of the rectified converter voltage, smoothing coefficient of psophometric voltage, ratio of psophometric and effective values of the variable component of the voltage at the filter output, voltage of individual harmonics) harmonics voltage generated during operation power converter, for recording the intensity of its load mode Follow the important following additional operations. They form (receive) a constant voltage proportional to the amplitude of certain half-waves of the variable component of the rectified voltage at the output of the controlled smoothing filter, which is determined by the minimum value of this voltage. A constant voltage is also obtained, which is proportional to the amplitude of the alternating voltage of the transformer windings of the power converter. Find the ratio of the obtained constant stresses. The technical condition of the controlled smoothing filter is estimated by comparing the values of the harmonics parameters measured at a certain value of the obtained ratio with the harmonics voltage parameters normalized at the same value of this ratio.

Полученное на основании измерений отношение находится в прямой пропорциональной зависимости с углом коммутации преобразователя. Поэтому такое отношение, с одной стороны, характеризует нагрузочный режим преобразователя, а с другой стороны, между этим отношением и напряжением гармоник и соответственно измеряемыми их параметрами существует однозначная зависимость. Следовательно, полученное отношение позволяет нормировать параметры напряжения гармоник. При этом можно измерять две величины (параметр напряжения гармоник и это отношение, выраженное, например, в единицах напряжения), т.е. на одну величину меньше по сравнению с известным способом. Последующие вычисления не требуются, как это имеет место в известном способе. Две измеренные величины позволяют сделать заключение о техническом состоянии фильтра. Таким образом, предложенный способ имеет более простой алгоритм контроля, что можно классифицировать как повышение качества контроля, которое является целью изобретения. The ratio obtained on the basis of measurements is in direct proportion to the angle of switching of the converter. Therefore, such a relationship, on the one hand, characterizes the load mode of the converter, and on the other hand, there is an unambiguous relationship between this ratio and the harmonic voltage and the parameters measured accordingly. Therefore, the resulting ratio allows you to normalize the voltage parameters of the harmonics. In this case, two quantities can be measured (the harmonic voltage parameter and this ratio, expressed, for example, in voltage units), i.e. one value less compared to the known method. Subsequent calculations are not required, as is the case in the known method. Two measured values allow us to draw a conclusion about the technical condition of the filter. Thus, the proposed method has a simpler control algorithm, which can be classified as improving the quality of control, which is the aim of the invention.

Установим зависимость между углом коммутации и величиной отношения, измеряемого в процессе контроля по предложенному способу. Для этого обратимся к диаграммам напряжения, которые показаны на фиг.1. We establish the relationship between the angle of switching and the magnitude of the ratio measured in the control process according to the proposed method. For this, we turn to the voltage diagrams, which are shown in figure 1.

Эти диаграммы дают представление о характере изменения во времени ωt мгновенного значения выпрямленного напряжения при шестимпульсовом преобразовании, которое широко применяется на тяговых подстанциях постоянного тока электрических железных дорог. Верхняя (нижняя) диаграмма соответствует меньшему (большему) углу коммутации ωt= γ . Выпрямленное напряжение имеет среднее значение (постоянную составляющую) Ud и формируется из отрезков (показаны сплошными линиями) синусоид U1 и U2 (показаны штриховыми линиями), которые имеют разные амплитуды и сдвинуты по фазе на 30 град. эл. друг относительно друга. Переменная составляющая выпрямленного напряжения является разностью между его мгновенным и средним значениями и показана на диаграммах заштрихованной областью. Используемая для контроля амплитуда Δ U соответствующей полуволны переменной составляющей представляет собой разность между напряжением Udи мгновенным значением синусоиды U1 при ωt= γ . Из сопоставления верхней и нижней диаграмм видно, что форма переменной составляющей зависит от величины γ . Если угол γ маленький и напряжение Ud больше амплитуды синусоиды U1 (большой и напряжение Ud меньше амплитуды синусоиды U1), то переменная составляющая имеет ту форму, которая показана на верхней (нижней) диаграмме. Важно отметить, что при любой форме переменной составляющей соблюдается условие: если ω t = γ , то ΔU = Ud - U1.These diagrams give an idea of the nature of the change in time ωt of the instantaneous value of the rectified voltage during the six-pulse conversion, which is widely used in DC traction substations of electric railways. The upper (lower) diagram corresponds to a smaller (larger) switching angle ωt = γ. The rectified voltage has an average value (constant component) U d and is formed from segments (shown by solid lines) of the sinusoids U 1 and U 2 (shown by dashed lines), which have different amplitudes and are phase-shifted by 30 degrees. email relative to each other. The variable component of the rectified voltage is the difference between its instantaneous and average values and is shown in the diagrams by the shaded area. The amplitude Δ U of the corresponding half-wave of the variable component used for control is the difference between the voltage U d and the instantaneous value of the sinusoid U 1 at ωt = γ. A comparison of the upper and lower diagrams shows that the shape of the variable component depends on the value of γ. If the angle γ is small and the voltage U d is greater than the amplitude of the sinusoid U 1 (large and voltage U d is less than the amplitude of the sinusoid U 1 ), then the variable component has the form shown in the upper (lower) diagram. It is important to note that for any form of the variable component the condition is met: if ω t = γ, then ΔU = U d - U 1 .

Если принять, что синусоида U2 имеет амплитуду Uм, то у синусоиды U1 амплитуда составляет Ud=

Figure 00000001
Figure 00000002
5
Figure 00000003
Uмsinωtd(ωt)+
Figure 00000004
Uмsinωtd(ωt)
Figure 00000005
=
Figure 00000006
(1+cosγ)Uм . При этих обозначениях среднее значение выпрямленного напряжения
ΔU=Ud-0,5
Figure 00000007
Uмsin(90+γ)=
Figure 00000008
Figure 00000009
(1+cosγ)-
Figure 00000010
cos
Figure 00000011
×
Тогда для амплитуды Δ U справедливо следующее соотношение:
× Uм=
Figure 00000012
1+
Figure 00000013
1-
Figure 00000014
cos
Figure 00000015
Uм
Разделив амплитуду Δ U на величину aUм, которая пропорциональна амплитуде синусоиды U2, получаем используемую при контроле величину
Kγ=
Figure 00000016
=
Figure 00000017
1+
Figure 00000018
1-
Figure 00000019
cos
Figure 00000020
.If we assume that the sinusoid U 2 has an amplitude U m , then the sinusoid U 1 has an amplitude of U d =
Figure 00000001
Figure 00000002
5
Figure 00000003
U m sinωtd (ωt) +
Figure 00000004
U m sinωtd (ωt)
Figure 00000005
=
Figure 00000006
(1 + cosγ) U m . With these designations, the average value of the rectified voltage
ΔU = U d -0.5
Figure 00000007
U m sin (90 + γ) =
Figure 00000008
Figure 00000009
(1 + cosγ) -
Figure 00000010
cos
Figure 00000011
×
Then for the amplitude Δ U the following relation holds:
× U m =
Figure 00000012
1+
Figure 00000013
1-
Figure 00000014
cos
Figure 00000015
U m
Dividing the amplitude Δ U by aU m , which is proportional to the amplitude of the sinusoid U 2 , we obtain the value used in the control
K γ =
Figure 00000016
=
Figure 00000017
1+
Figure 00000018
1-
Figure 00000019
cos
Figure 00000020
.

Входящая в эту формулу величина а является масштабным коэффициентом, который позволяет получить удобные для использования значения Kγ и зависит от коэффициента трансформации трансформаторов устройства, реализующего способ, и трансформатора силового преобразователя. Между величиной Uм и переменным напряжением обмоток силового преобразователя существует определенная пропорциональность, количественный характер которой зависит от схемы выпрямления. В трехфазной мостовой схеме (две обратные звезды с уравнительным реактором) напряжение Uм равно амплитуде линейного напряжения вентильной обмотки трансформатора силового преобразователя (0,5

Figure 00000021
амплитуды фазного напряжения вентильной обмотки аналогичного трансформатора). Располагая значением коэффициента трансформации трансформатора силового преобразователя, величину Uм можно выразить через напряжение его сетевой обмотки, т.е. через напряжение питающей сети.The value of a included in this formula is a scale factor that allows us to obtain K γ values that are convenient for use and depends on the transformation coefficient of the transformers of the device that implements the method and the transformer of the power converter. Between the value of U m and the alternating voltage of the windings of the power converter there is a certain proportionality, the quantitative nature of which depends on the rectification scheme. In a three-phase bridge circuit (two reverse stars with a surge reactor), the voltage U m is equal to the amplitude of the linear voltage of the valve coil of the transformer of the power converter (0.5
Figure 00000021
the amplitude of the phase voltage of the valve winding of a similar transformer). Having the value of the transformation coefficient of the transformer of the power converter, the value of U m can be expressed in terms of the voltage of its network winding, i.e. through the mains voltage.

Поэтому для измерения напряжения Uм или пропорциональной ему величины потребуется подключить трансформатор напряжения, соответственно, к вентильной или к сетевой обмотке трансформатора силового преобразователя. Преобразователи тяговых подстанций обычно не имеют трансформаторов напряжения. Поэтому наиболее просто иметь а ≠ 1 и измерять напряжение, пропорциональное Uм, используя трансфоpматор напряжения, который подключен к сети, питающей преобразователь, и, как правило, имеется на тяговой подстанции. В этом случае в устройство, реализующее операцию деления, вводится пропорциональное Uм напряжение и принимается определенное значение а. Если в процессе контроля меняются параметры преобразователя, например, положение переключателя, регулирующего коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора, то меняется соответствующим образом коэффициент а.Therefore, to measure the voltage U m or a value proportional to it, it will be necessary to connect a voltage transformer, respectively, to the valve or network winding of the transformer of the power converter. Traction substation converters usually do not have voltage transformers. Therefore, it is easiest to have a ≠ 1 and measure the voltage proportional to U m using a voltage transformer that is connected to the network supplying the converter and, as a rule, is available at the traction substation. In this case, a voltage proportional to U m is introduced into the device that implements the division operation and a certain value of a is adopted. If the parameters of the converter change during the monitoring process, for example, the position of the switch regulating the transformation coefficient of the converter transformer, then coefficient a changes accordingly.

Рассчитаем зависимость Kγ от γ, приняв а =3/20 π . Результаты расчетов представлены графиком на фиг.2. Из графика видно, что эта зависимость имеет нелинейный характер и вполне удобна для практического использования.We calculate the dependence of K γ on γ, taking a = 3/20 π. The calculation results are presented in the graph in figure 2. The graph shows that this dependence is non-linear and quite convenient for practical use.

Предложенный способ может быть осуществлен при помощи устройства, которое показано на фиг.3. На этой же фигуре показаны необходимые для пояснения принципа действия устройства элементы силовой схемы тяговой подстанции: шины 1 переменного напряжения, которые питают силовой преобразователь, его трансформатор 2 и его полупроводниковый выпрямитель 3, сглаживающий фильтр 4 с реактором 5, апериодическим (емкостным) контуром 6, клеммами 7, образующими вход фильтра 4, и клеммами 8, образующими его выход, нагрузка 9, которую питает силовой преобразователь, и измерительный трансформатор напряжения 10. The proposed method can be implemented using the device, which is shown in Fig.3. The same figure shows the elements of the power circuit of the traction substation necessary to explain the principle of the device: AC bus 1, which feed the power converter, its transformer 2 and its semiconductor rectifier 3, a smoothing filter 4 with a reactor 5, an aperiodic (capacitive) circuit 6, the terminals 7, forming the input of the filter 4, and the terminals 8, forming its output, the load 9, which feeds the power Converter, and a measuring voltage transformer 10.

Устройство, реализующее предложенный способ, имеет измеритель 11 параметров напряжения гармоник, разделительный конденсатор 12, первый измерительный выпрямитель 13 с трансформатором 14, диодом 15 и накопительным конденсатором 16 на выходе, функциональный преобразователь 17, вольтметр 18 постоянного напряжения, второй измерительный выпрямитель 19 с трансформатором 20, диодным мостом 21 и накопительным конденсатором 22 на выходе. A device that implements the proposed method has a harmonic voltage parameter meter 11, an isolation capacitor 12, a first measuring rectifier 13 with a transformer 14, a diode 15 and a storage capacitor 16 at the output, a functional converter 17, a DC voltage voltmeter 18, and a second measuring rectifier 19 with a transformer 20 , a diode bridge 21 and a storage capacitor 22 at the output.

Вход измерительного выпрямителя 13 образован обмоткой его трансформатора 14, которая соединена через разделительный конденсатор 12 с входом контролируемого фильтра 4. Обязательным условием для измерительного выпрямителя 13 является то, что он имеет однополупериодную схему выпрямления. The input of the measuring rectifier 13 is formed by the winding of its transformer 14, which is connected through an isolation capacitor 12 to the input of the controlled filter 4. A prerequisite for the measuring rectifier 13 is that it has a half-wave rectification circuit.

У измерительного выпрямителя 19 вход образован той обмоткой трансформатора 20, которая подключена к трансформатору напряжения 10. Трансформатор напряжения 10 используется для подключения описываемого устройства попутно. Основное назначение трансформатора напряжения 10 - это питание устройств учета электроэнергии, измерительных средств, релейной защиты. Перечисленные устройства на схеме не показаны. При подключении трансформаторов 14 и 20, как показано на схеме, один из них должен иметь регулируемый коэффициент трансформации. На схеме показано, что трансформатор 20 имеет регулируемый коэффициент трансформации. Трансформатор 20 можно подключить не только как показано на схеме. Его можно подключить параллельно вентильной обмотке трансформатора, которая подключена к полупроводниковому выпрямителю 3. Во втором случае оба трансформатора 14 и 20 могут иметь нерегулируемые коэффициенты трансформации. В любом случае напряжение, питающее трансформатор 20, и напряжение, питающее трансформатор 2, должны изменяться пропорционально. At the measuring rectifier 19, the input is formed by the winding of the transformer 20, which is connected to the voltage transformer 10. The voltage transformer 10 is used to connect the described device along the way. The main purpose of voltage transformer 10 is the power supply of electricity metering devices, measuring instruments, relay protection. The listed devices are not shown in the diagram. When connecting transformers 14 and 20, as shown in the diagram, one of them must have an adjustable transformation ratio. The diagram shows that the transformer 20 has an adjustable transformation ratio. Transformer 20 can be connected not only as shown in the diagram. It can be connected parallel to the valve winding of the transformer, which is connected to the semiconductor rectifier 3. In the second case, both transformers 14 and 20 can have unregulated transformation ratios. In any case, the voltage supplying the transformer 20 and the voltage supplying the transformer 2 should vary proportionally.

На схеме показано, что используется один измеритель 11 параметров напряжения гармоник, который подключен к выходу контролируемого фильтра 4. Описываемое устройство может иметь еще второй измеритель аналогичного назначения, который подключен к входу контролируемого фильтра 4. В качестве таких измерителей могут быть использованы приборы ИМН (измерители мешающего напряжения), широко применяемые на тяговых подстанциях электрических железных дорог постоянного тока, псофометры, используемые при контроле линий связи, селективные и обычные вольтметры. The diagram shows that one meter 11 of the harmonic voltage parameters is used, which is connected to the output of the controlled filter 4. The described device can also have a second meter of a similar purpose, which is connected to the input of the controlled filter 4. As such meters, IMN devices can be used (meters interfering voltage), widely used in traction substations of direct current electric railways, psophometers used in monitoring communication lines, selective and conventional light meters.

В качестве функционального преобразователя 17 может быть использован серийный измерительный преобразователь типа Е818/1 со следующими параметрами: входное напряжение 0-10 В, диапазон изменения входного напряжения 10-100% , входное сопротивление 100 кОм, нагрузочное сопротивление 10 кОм, погрешность ±0,5% (см. Справочник по электроизмерительным приборам. Под ред. К.К.Илюнина. Энергоатомиздат, 1983, с.595-597). As a functional transducer 17, a serial measuring transducer of the E818 / 1 type can be used with the following parameters: input voltage 0-10 V, input voltage range 10-100%, input resistance 100 kOhm, load resistance 10 kOhm, error ± 0.5 % (see the Handbook of electrical measuring instruments. Edited by K.K. Ilyunin. Energoatomizdat, 1983, p. 555-597).

Вольтметром 18 может служить стрелочный или цифровой прибор с соответствующими пределами измерения. Voltmeter 18 can serve as a pointer or digital device with appropriate measurement limits.

Предложенный способ позволяет контролировать не только однозвенный апериодический фильтр, который показан на схеме, но и любой другой фильтр из числа применяемых на тяговых подстанциях постоянного тока. The proposed method allows you to control not only a single-link aperiodic filter, which is shown in the diagram, but also any other filter from among those used at DC traction substations.

Устройство осуществляет контроль технического состояния сглаживающего фильтра, когда он сглаживает выпрямленное напряжение силового преобразователя, питающего свою нагрузку. Контроль выполняется следующим образом. The device monitors the technical condition of the smoothing filter when it smoothes the rectified voltage of the power converter supplying its load. The control is carried out as follows.

При работе силового преобразователя ко входу контролируемого фильтра 4 прикладывается выпрямленное напряжение, которое имеет постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая прикладывается к разделительному конденсатору 12, переменная составляющая поступает на вход измерительного выпрямителя 13. Его трансформатор 14 трансформирует напряжение переменной составляющей, обеспечивая, во-первых, гальваническую развязку между находящимися под высоким потенциалом цепями силового преобразователя и низковольтными измерительными цепями, и во-вторых, обеспечивает удобную для последующей обработки величину напряжения (сигнала). Диод 15 выпрямляет одну определенную полуволну переменной составляющей (см. фиг.1). При этом накопительный конденсатор 16 заряжается до амплитудного значения напряжения, выпрямляемого диодом 15, и запоминает амплитудное значение в течение времени, когда к диоду 15 прикладывается обратная полуволна переменной составляющей. При изменении интенсивности нагрузочного режима силового преобразователя меняется амплитуда выпрямленного диодом 15 напряжения и, соответственно, напряжение накопительного конденсатора 16. Таким образом реализуется операция получения постоянного напряжения, величина которого следит в процессе работы силового преобразователя за амплитудой одной определенной полуволны переменной составляющей выпрямленного напряжения и соответственно за интенсивностью нагрузочного режима преобразователя. When the power converter is operating, a rectified voltage is applied to the input of the controlled filter 4, which has constant and alternating components. A constant component is applied to the isolation capacitor 12, the variable component is fed to the input of the measuring rectifier 13. Its transformer 14 transforms the voltage of the variable component, providing, firstly, galvanic isolation between the high-voltage power converter circuits and low-voltage measuring circuits, and secondly provides a voltage (signal) that is convenient for subsequent processing. The diode 15 straightens one specific half-wave of a variable component (see figure 1). In this case, the storage capacitor 16 is charged to the amplitude value of the voltage rectified by the diode 15, and remembers the amplitude value during the time when the inverse half-wave of the variable component is applied to the diode 15. When the intensity of the load mode of the power converter changes, the amplitude of the voltage rectified by the diode 15 and, accordingly, the voltage of the storage capacitor 16 are realized. Thus, the operation of obtaining a constant voltage is implemented, the value of which monitors the amplitude of one particular half-wave of the variable component of the rectified voltage and, accordingly, the intensity of the load mode of the Converter.

Одновременно с этой операцией осуществляется операция получения постоянного напряжения, которое пропорционально амплитуде переменного напряжения на обмотках трансформатора 2 и, соответственно, напряжению Uм, используемому в последующей операции контроля. Для реализации операции получения второго постоянного напряжения определенной величины используется напряжение вторичной обмотки трансформатора напряжения 10. Это напряжение поступает на вход измерительного выпрямителя 19. Его трансформатор 20 с регулируемым коэффициентом трансформации обеспечивает определенную величину напряжения, которое выпрямляется диодным мостом 21. Накопительный конденсатор 22 заряжается до амплитудного значения выпрямленного напряжения диодного моста 21 и запоминает это значение в те интервалы времени, когда мгновенное значение меньше амплитудного значения напряжения, выпрямленного диодным мостом 21. Если происходит изменения напряжения питания, то меняется напряжение обмоток трансформатора 2. Эти изменения повторяются напряжением трансформатора напряжения 10 и, соответственно, напряжением конденсатора 22.Simultaneously with this operation, an operation is performed to obtain a constant voltage, which is proportional to the amplitude of the alternating voltage on the windings of the transformer 2 and, accordingly, to the voltage U m used in the subsequent control operation. To implement the operation of obtaining a second constant voltage of a certain value, the voltage of the secondary winding of voltage transformer 10 is used. This voltage is supplied to the input of the measuring rectifier 19. Its transformer 20 with an adjustable transformation coefficient provides a certain voltage value that is rectified by the diode bridge 21. The storage capacitor 22 is charged to the amplitude values of the rectified voltage of the diode bridge 21 and remembers this value at those time intervals when m the main value is less than the amplitude value of the voltage rectified by the diode bridge 21. If there is a change in the supply voltage, the voltage of the transformer windings 2 changes. These changes are repeated by the voltage of the voltage transformer 10 and, accordingly, the voltage of the capacitor 22.

Необходимость регулировать коэффициент трансформации трансформатора 20 измерительного выпрямителя вызвана следующими соображениями. Напряжения конденсаторов 16 и 22 связаны с напряжениями Uм и Δ U соответственно следующими соотношениями:
U16 = Δ U : Kт14,
U22 = Uм :(Kсв ˙ Kт20 ˙ Кт10т2), где Кт14, Кт20, Кт10, Кт2 - коэффициенты трансформации трансформаторов 14, 20, 10, 2; Ксв - коэффициент схемы выпрямления, характеризующий влияние ее и схемы измерения на соотношение между напряжениями Uм и U22.
The need to adjust the transformation ratio of the transformer 20 of the measuring rectifier is caused by the following considerations. The voltages of the capacitors 16 and 22 are associated with voltages U m and Δ U, respectively, by the following relationships:
U 16 = Δ U: K t14 ,
U m = U 22: (K communication ˙ ˙ K K T20 T10: m2 K), where R T14, R T20, R T10, R T2 - transformation ratio transformers 14, 20, 10, 2; To St - the coefficient of the rectification circuit, characterizing the influence of it and the measuring circuit on the relationship between the voltages U m and U 22 .

Коэффициент Ксв при неизменных схемах выпрямления имеет постоянное значение, для схемы фиг.3 Kсв=

Figure 00000022
. Если трансформатор подключен не на фазное, как показано на схеме, а на линейное напряжение трансформатора 10, то Ксв = 1. Величины Кт14 и (Ксв ˙Kт20 ˙ Кт10т2) характеризуют пропорциональность между U16, Δ U и U22, Uм и поэтому должны иметь постоянное значение, чтобы иметь возможность нормировать параметры напряжения гармоник при определенном значении Kγ . Коэффициенты Ксв, Кт14, Кт10 являются постоянными величинами. Коэффициент трансформации Кт2 зависит от положения переключателя обмоток трансформатора 2 и поэтому при регулировании его напряжения изменяется. В этом случае соответствующее регулирование Кт20 обеспечивает постоянство величины (Ксв ˙ Кт20 ˙ Кт10т2), которое необходимо для нормирования. Из приведенных данных следует, что при реализации предложенного способа должно выполняться равенство
Kγ=
Figure 00000023
=
Figure 00000024
. Поэтому между масштабным коэффициентом а и коэффициентами Ксв, Кт20, Кт10, Кт2 имеет место следующее соотношение:
a=
Figure 00000025
.The coefficient K St with constant rectification schemes has a constant value, for the circuit of figure 3 K St =
Figure 00000022
. If the transformer is connected not to the phase, as shown in the diagram, but to the linear voltage of the transformer 10, then K sv = 1. The values of K t14 and (K st ˙K t20 ˙ K t10 : K t2 ) characterize the proportionality between U 16 , Δ U and U 22 , U m and therefore must have a constant value in order to be able to normalize the harmonics voltage parameters at a certain value of K γ . The coefficients K St , K t14 , K t10 are constant values. The transformation coefficient K t2 depends on the position of the switch of the windings of the transformer 2 and therefore, when regulating its voltage, it changes. In this case, the corresponding regulation of K t20 ensures the constancy of the value (K St ˙ K t20 ˙ K t10 : K t2 ), which is necessary for normalization. From the above data it follows that when implementing the proposed method should be equal
K γ =
Figure 00000023
=
Figure 00000024
. Therefore, between the scale factor a and the coefficients K communication, R T20, R T10, R t2 following relation holds:
a =
Figure 00000025
.

Если трансформатор 20 подключить непосредственно к вентильной обмотке трансформатора 2, соединенной с полупроводниковым выпрямителем 3, то в этом случае не требуется регулировать Кт20, т.к. исключается влияние переменной величины Кт2 на количественный характер пропорциональности между Uм и U22. При таком исполнении устройства возрастает установленная мощность трансформатора 20, т. к. при этом включении он является не только согласующим устройством, но еще изолирует высоковольтные цепи силового преобразователя от низковольтных измерительных цепей.If the transformer 20 is connected directly to the valve winding of the transformer 2 connected to the semiconductor rectifier 3, then in this case it is not necessary to adjust K t20 , because the influence of the variable K t2 on the quantitative character of proportionality between U m and U 22 is excluded. With this embodiment of the device, the installed power of the transformer 20 increases, because with this inclusion it is not only a matching device, but also isolates the high-voltage circuits of the power converter from low-voltage measuring circuits.

С выходов измерительных выпрямителей 13 и 19 постоянное напряжение поступает на входы функционального преобразователя 17, который реализует операцию деления этих напряжений и создает на выходе постоянное напряжение, величина которого равна частному от деления входных напряжений. From the outputs of the measuring rectifiers 13 and 19, a constant voltage is supplied to the inputs of a functional converter 17, which implements the operation of dividing these voltages and creates a constant voltage at the output, the value of which is equal to the quotient of the division of the input voltages.

Показания вольтметра 18, который подключен к выходу функционального преобразователя 17, дают количественное представление о величине Kγ .The readings of the voltmeter 18, which is connected to the output of the functional converter 17, give a quantitative idea of the value of K γ .

Одновременно с определением величины Kγ , характеризующей интенсивность нагрузочного режима силового преобразователя, регистрируют показания измерителя 11, которые дают количественное представление о параметрах напряжения гармоник.Simultaneously with the determination of the value of K γ characterizing the intensity of the load mode of the power converter, the readings of the meter 11 are recorded, which give a quantitative idea of the harmonics voltage parameters.

Операция оценки технического состояния контролируемого фильтра является заключительной и выполняется следующим образом. Измеренные значения параметров напряжения гармоник сравнивают с нормированными значениями этих параметров. Сравнение производят для одних и тех же значений Kγ . На основании результатов сравнения делают заключение о том, какой вид имеет техническое состояние контролируемого фильтра.The operation of assessing the technical condition of the controlled filter is final and is performed as follows. The measured values of the harmonics voltage parameters are compared with the normalized values of these parameters. Comparison is made for the same values of K γ . Based on the results of the comparison, a conclusion is drawn about what kind of technical condition the controlled filter has.

Например, если в качестве контролируемого параметра напряжения гармоник используют его псофометрическое значение на выходе сглаживающего фильтра, то при правильном (неправильном) его функционировании измеренные значения псофометрического напряжения должны быть меньше или равны (больше) его нормированных значений. Нормированные значения псофометрического напряжения могут быть определены по его зависимости от Kγ . Ее можно получить на основании зависимостей псофометрического напряжения от угла коммутации, которые обычно приводятся в руководящих указаниях, и зависимости Kγ от угла коммутации. Характер полученной таким образом зависимости псофометрического напряжения от Kγ определяется только типом сглаживающего фильтра. Поэтому такая зависимость является универсальной для тяговых подстанций с однотипными фильтрами. Эта закономерность присуща и зависимостям от Kγ других параметров напряжения гармоник, которые могут быть использованы при контроле сглаживающих фильтров.For example, if the psophometric value at the output of the smoothing filter is used as a controlled parameter of the harmonics voltage, then, when its functioning is correct (incorrect), the measured values of the psophometric voltage should be less than or equal to (more) than its normalized values. Normalized values of psophometric stress can be determined by its dependence on K γ . It can be obtained on the basis of the dependences of the psophometric voltage on the switching angle, which are usually given in the guidelines, and the dependence of K γ on the switching angle. The nature of the dependence of the psophometric voltage on K γ thus obtained is determined only by the type of smoothing filter. Therefore, this dependence is universal for traction substations with the same filters. This regularity is also inherent in the dependences on K γ of other harmonic voltage parameters that can be used to control smoothing filters.

Claims (1)

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СГЛАЖИВАЮЩЕГО ФИЛЬТРА, подключенного входом к полюсам выпрямленного напряжения силового преобразователя и выходом к цепи его нагрузки, состоящий в измерении параметров напряжения гармоник на выходе сглаживающего фильтра и регистрации нагрузочного режима силового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения качества контроля за счет повышения точности нормирования, формируют постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде определенной полуволны переменной составляющей выпрямленного напряжения на входе сглаживающего фильтра, и постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде переменного напряжения обмоток трансформатора силового преобразователя, находят отношение полученных величин и оценивают техническое состояние сглаживающего фильтра путем сравнения измеренных значений параметров напряжения гармоник с нормированными при полученной величине отношения. METHOD FOR CONTROLING THE TECHNICAL CONDITION OF THE SMOOTHING FILTER, connected by an input to the poles of the rectified voltage of the power converter and an output to its load circuit, consisting in measuring the harmonic voltage parameters at the output of the smoothing filter and registering the load mode of the power converter, characterized in that, in order to improve the quality of monitoring by increasing the accuracy of standardization, form a constant voltage proportional to the amplitude of a certain half-wave of the variable component of the rectifier ennogo input voltage smoothing filter, and a DC voltage proportional to the amplitude of the AC voltage of the power converter transformer winding ratio are values obtained and evaluate the technical condition of the smoothing filter by comparing the measured values of the harmonics of the voltage parameters obtained at a normalized value of the ratio.
SU4622947 1988-12-20 1988-12-20 Method of checking operating state of smoothing filter RU2018146C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4622947 RU2018146C1 (en) 1988-12-20 1988-12-20 Method of checking operating state of smoothing filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4622947 RU2018146C1 (en) 1988-12-20 1988-12-20 Method of checking operating state of smoothing filter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2018146C1 true RU2018146C1 (en) 1994-08-15

Family

ID=21416369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4622947 RU2018146C1 (en) 1988-12-20 1988-12-20 Method of checking operating state of smoothing filter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2018146C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1448314, кл. G 01R 31/28, 1988. *
Профилактические испытания силового оборудования тяговых подстанций (Сборник руководящих указаний). М.: Транспорт, 1967. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6417669B1 (en) Suppressing interference in AC measurements of cells, batteries and other electrical elements
US10845393B2 (en) Current measurement
US5315527A (en) Method and apparatus providing half-cycle digitization of AC signals by an analog-to-digital converter
US9823275B2 (en) Electrical signal measurement
Fuchs et al. Measurement of three-phase transformer derating and reactive power demand under nonlinear loading conditions
Bucci et al. Embedded power and energy measurement system based on an analog multiplier
US4937520A (en) Instrument to measure the errors of apparent power meters
RU2282862C1 (en) Device for measuring current and open-circuit loss of power transformers at low voltage
RU2018146C1 (en) Method of checking operating state of smoothing filter
US6566895B2 (en) Unbalanced three phase delta power measurement apparatus and method
Owen et al. Distribution system harmonics: controls for large power converters
GB886265A (en) Improvements in or relating to multiplying devices
US5164660A (en) True, power, RMS current, and RMS voltage measuring devices
RU2073250C1 (en) Method and device for determining dynamic induction of reactor
US4196387A (en) Apparatus for measuring output DC current of rectifier devices
Sarkar et al. A low-cost fault-tolerant real, reactive, and apparent power measurement technique using microprocessor
Chen et al. Power-component definitions and measurements for a harmonic-polluted power circuit
SU756317A1 (en) Device for measuring symmetrical components of forward and inverse sequencies of multiphase voltage system
SU1045146A1 (en) Active power measuring method
RU2073256C1 (en) Inductive reactor testing device
RU2102768C1 (en) Method for determining active power of sine-wave current in complex-impedance circuit
US2681436A (en) Transformer-loss compensator measuring device
RU2284536C1 (en) Device for determining transformation ratio of three-phase transformers
US2585001A (en) Apparatus for the measurement of high-frequency power
Schmidt Power factor of rectifiers