RU2074473C1 - Method for automatic control of compensation of capacitance and resistance constituents when arc short-circuits to earth occur - Google Patents
Method for automatic control of compensation of capacitance and resistance constituents when arc short-circuits to earth occur Download PDFInfo
- Publication number
- RU2074473C1 RU2074473C1 RU94006060A RU94006060A RU2074473C1 RU 2074473 C1 RU2074473 C1 RU 2074473C1 RU 94006060 A RU94006060 A RU 94006060A RU 94006060 A RU94006060 A RU 94006060A RU 2074473 C1 RU2074473 C1 RU 2074473C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- arc
- voltage
- emf
- network
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Relating To Insulation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэнергетике, конкретно к релейной защите и автоматике в трехфазных распределительных сетях высокого напряжения с незаземленной нейтралью. The invention relates to the electric power industry, specifically to relay protection and automation in three-phase high-voltage distribution networks with non-grounded neutral.
Известен способ автокомпенсации емкостной составляющей (Брызгин О.Р. Зеленский В.А. Устройство для автоматического регулирования тока компенсации. Авт. св. СССР N 330509, кл. Н 02 J 3/12), который включает в себя распознавание однофазного замыкания на землю (ОЗНЗ), распознавание поврежденной фазы, измерение напряжения поврежденной фазы и напряжения смещения нейтрали, а также формирование управления компенсацией емкостной составляющей, пропорционально проекции вектора напряжения поврежденной фазы на вектор, ортогональный вектору напряжения смещения нейтрали (при помощи операции синхронного детектирования). A known method of auto-compensation of the capacitive component (Bryzgin OR, Zelensky, VA, Device for automatic regulation of the compensation current. Aut. St. USSR N 330509, class N 02
Недостатком этого способа является невозможность управления компенсацией активной составляющей тока ОЗНЗ и, как следствие неполное подавление дуговых замыканий в случае, если напряжение пробоя изоляции в месте повреждения оказалось ниже амплитуды фазного напряжения сети. Кроме того, данный способ неприменим в тех случаях, когда замыкание на землю (ЗНЗ) произошло не в фазном проводнике сети, а в обмотке двигателя или трансформатора (питающего или нагрузки). The disadvantage of this method is the impossibility of controlling the compensation of the active component of the OZNZ current and, as a result, the incomplete suppression of arc faults if the breakdown voltage of the insulation at the fault location is below the amplitude of the phase voltage of the network. In addition, this method is not applicable in cases where an earth fault (ZNZ) did not occur in the phase conductor of the network, but in the winding of the motor or transformer (power or load).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ автонастройки компенсации емкостной составляющей (КЕС) и активной составляющей (КАС) токов ЗНЗ, описанный в (Ефимов Ю.К. Обабков В.К. Целуевский Ю.Н. Шишкина О.Г. Система автоматического подавления дуговых замыканий в сетях собственных нужд энергоблоков 500 МВт. Электрические станции, 1992, N 5, с.71 75; Обабков В.К. Целуевский Ю.Н. Ефимов Ю.К. Устройство для компенсации полного тока однофазного замыкания в коротких сетях. Решение ВНИИГПЭ о выдаче авторского свидетельства по заявке N 4827316/07 от 28.01.91). Данный способ состоит в измерении мгновенных значений фазных и линейных напряжений сети и напряжения смещения нейтрали, распознавании дугового ОЗНЗ, распознавании поврежденной фазы, формировании опорных сигналов в виде линейного напряжения между неповрежденными фазами и ортогонального ему сигнала, а также синхронных детектирований напряжения поврежденной фазы указанными сигналами с последующей фильтрацией, после чего производится управление КАС и КЕС. Способ-прототип способен полностью подавлять дуговые процессы при ОЗНЗ в тех случаях, когда напряжение пробоя дугового промежутка оказывается достаточно высоким. The closest in technical essence to the claimed method is a method for automatically adjusting the compensation of the capacitive component (CES) and the active component (CAS) of the ZNZ currents described in (Efimov Yu.K. Obabkov V.K. Tseluevsky Yu.N. Shishkina OG System automatic suppression of arc faults in auxiliary networks of power units of 500 MW. Power stations, 1992,
Описанный способ обладает следующими недостатками. Во-первых, он непригоден для автонастройки в тех случаях, когда ЗНЗ произошло не в фазном проводнике сети, а в обмотке нагрузки или питающего сеть трансформатора, поскольку принципиально ориентирован на минимизацию напряжения между одной из фаз сети (а именно поврежденной фазой) и землей. Во-вторых, правильная автонастройка КАС достигается только лишь при точной настройке КЕС. При расстройке КЕС в ту иди другую сторону, КАС настраивается с перекомпенсацией, которая тем больше, чем больше расстройка по КЕС. Это весьма неблагоприятно сказывается на динамике двухканальной автонастройки, затягивает переходные процессы и снижает эффективность системы в целом. В третьих, быстродействие способа-прототипа зависит от напряжения пробоя дугового промежутка и значительно понижается с его уменьшением, причем наличие зоны нечувствительности в канале измерения напряжения поврежденной фазы (которая положительно влияет на динамические характеристики системы при высоких напряжениях пробоя) при низких напряжениях приводит к размыканию обоих контуров автонастройки, так как напряжение на поврежденной фазе перестает при этом выходить за пределы упомянутой зоны нечувствительности. The described method has the following disadvantages. Firstly, it is unsuitable for auto-tuning in cases where the ZNZ did not occur in the phase conductor of the network, but in the load winding or the transformer supplying the network, since it is principally focused on minimizing the voltage between one of the network phases (namely, the damaged phase) and ground. Secondly, the correct auto-tuning of CAS is achieved only with the fine-tuning of CES. When CES detuning in that direction, the CAS is tuned with overcompensation, which is greater, the greater the detuning according to CES. This adversely affects the dynamics of two-channel auto-tuning, delays transients and reduces the efficiency of the system as a whole. Thirdly, the speed of the prototype method depends on the breakdown voltage of the arc gap and decreases significantly with its decrease, and the presence of a dead zone in the channel for measuring the voltage of the damaged phase (which positively affects the dynamic characteristics of the system at high breakdown voltages) at low voltages leads to the opening of both auto-tuning circuits, since the voltage on the damaged phase ceases to go beyond the mentioned dead band.
Предлагаемое изобретение решает следующие технические задачи. Во-первых, обеспечивается точная автонастройка КАС и КЕС независимо от того, где именно произошло ЗНЗ: в фазном проводнике сети, в обмотке нагрузки или в обмотке питающего трансформатора, причем при любой схеме соединения указанных обмоток. При этом минимизируется напряжение именно в месте ЗНЗ, что приводит к прекращению дуговых пробоев. Во-вторых, процесс регулирования КАС оказывается в значительной степени независимым от регулирования КЕС, что улучшает динамические характеристики автонастройки. В-третьих, быстродействие способа с уменьшением напряжения пробоя в месте повреждения не понижается, а растет, причем размыкания контуров автонастройки при наличии дуговых пробоев не происходит. И, наконец, для реализации данного способа не требуется распознавания режима дугового ЗНЗ, распознавания поврежденной фазы и измерения напряжения на ней, чем достигается некоторое упрощение упомянутой реализации. The present invention solves the following technical problems. Firstly, accurate autoconfiguration of CAS and CES is provided regardless of where the fault occurs: in the phase conductor of the network, in the load winding or in the winding of the supply transformer, and with any connection scheme of these windings. In this case, the voltage is minimized precisely at the ZNZ site, which leads to the cessation of arc breakdowns. Secondly, the CAS regulation process turns out to be largely independent of CES regulation, which improves the dynamic characteristics of auto-tuning. Thirdly, the speed of the method with a decrease in the breakdown voltage at the place of damage does not decrease, but increases, and the opening of the auto-tuning circuits in the presence of arc breakdowns does not occur. And, finally, for the implementation of this method, it is not necessary to recognize the arc ZNZ mode, recognize the damaged phase and measure the voltage across it, thereby achieving some simplification of the mentioned implementation.
Решение перечисленных задач обеспечивается тем, что в способе, включающем в себя измерение напряжения смещения нейтрали и одного из линейных напряжений сети, синхронные детектирования двумя взаимно ортогональными опорными сигналами, фильтрацию результатов синхронных детектирований и управление компенсацией емкостной и активной составляющих в соответствии с полученными результатами дополнительно определяют значение фазы ЭДС, действующей между точкой ЗНЗ и нейтралью сети, устанавливают фазы опорных сигналов, соответственно, для первой операции синхронного детектирования равной фазе упомянутой ЭДС, а для второй операции синхронного детектирования - отличающейся от нее на 90o, фильтруют, дифференцируют, ограничивают и подвергают упомянутым операциям синхронного детектирования напряжение смещения нейтрали, причем результаты первой операции синхронного детектирования используют для управления компенсацией активной составляющей, а результат второй операции синхронного детектирования для управления компенсацией емкостной составляющей токов замыкания на землю.The solution of these problems is ensured by the fact that in a method that includes measuring the neutral bias voltage and one of the line voltage of the network, synchronous detection with two mutually orthogonal reference signals, filtering the results of synchronous detection and controlling the compensation of capacitive and active components in accordance with the results obtained, additionally determine the value of the phase of the EMF, acting between the point of the fault and the neutral of the network, set the phase of the reference signals, respectively, the synchronous detection operation is equal to the phase of said EMF, and for the second synchronous detection operation, which is 90 ° different from it, the neutral bias voltage is filtered, differentiated, limited and subjected to the synchronous detection operations, the results of the first synchronous detection operation are used to control the active component compensation , and the result of the second synchronous detection operation to control the compensation of the capacitive component of the earth fault currents.
На фиг.1 показаны временные диаграммы процессов в сети и сигналы, формируемые при реализации данного способа в условиях точной настройки КЕС и недокомпенсации по активной составляющей; на фиг.2, фиг.3, фиг.4 аналогичные временные диаграммы при (соответственно) точной настройке КЕС и перекомпенсации по активной составляющей (фиг.2), перекомпенсации по емкостной составляющей и точной настройке КАС (фиг.3), недокомпенсации по емкостной составляющей и точной настройке КАС (фиг.4). Кроме того, на фиг.5 показан пример функционально-принципиальной схемы устройства, реализующего заявляемый способ. Figure 1 shows the timing diagrams of processes in the network and the signals generated during the implementation of this method in conditions of fine-tuning the CES and undercompensation for the active component; figure 2, figure 3, figure 4 similar timing diagrams for (respectively) fine tuning CES and overcompensation for the active component (figure 2), overcompensation for the capacitive component and fine tuning CAS (figure 3), undercompensation for capacitive component and fine-tuning CAS (figure 4). In addition, figure 5 shows an example of a functional circuit diagram of a device that implements the inventive method.
На фиг. 1 4 обозначены: 1 ЭДС Е(t), действующая между точкой ЗНЗ и нейтралью сети, 2 напряжение e(t) смещения нейтрали, 3 напряжение Ug(t) между точкой ЗНЗ и землей, 4 производная напряжения e(t) смещения нейтрали, 5 результат синхронного детектирования указанной производной опорным сигналом, пропорциональным ЭДС E(t), 6 среднее значение Ua сигнала 5, 7 опорный сигнал операции синхронного детектирования, сдвинутый на 90o, по отношению к ЭДС E(t), 8 результат синхронного детектирования производной 4 опорным сигналом 8, 9 среднее значение Uт.In FIG. 1 4 are marked: 1 EMF E (t), acting between the point of the SCZ and the neutral of the network, 2 voltage e (t) of the neutral bias, 3 voltage U g (t) between the point of the SCZ and ground, 4 derivative voltage e (t) of the neutral bias, 5 the result of synchronous detection of the indicated derivative with a reference signal proportional to the EMF E (t), 6 the average value U a of the signal 5, 7 the reference signal of the synchronous detection operation, shifted by 90 o , relative to the EMF E ( t), 8 is the result of synchronous detection of the
На фиг. 5 обозначены: 9 сеть с незаземленной нейтралью N, питающаяся от источников ЭДС EA(t), EB(t), EC(t), обладающая емкостями CA, CB, CC между фазами сети и землей и работающая на нагрузку 10 с замыканием на землю в точке G. Сеть снабжена дугогасящим аппаратом 11 ДГА (например комбинацией "присоединительный трансформатор - дугогасящий реактор" или трансформатором Бауха с тиристорным ключом в цепи разомкнутого треугольника вторичных обмоток), связанным с компенсатором 12 активной составляющей КАС, а также трехфазным измерительным трансформатором напряжений 13 ИТН. Напряжение e(t) смещения нейтрали с выхода ИТН 13 подается на последовательно соединенные блоки 14 фильтрации Ф1, дифференцирования 15 D и ограничения 16. Кроме того, напряжение е(t) поступает на входы схемы 17 преобразования во временной интервал мгновенного значения e(ti+δ) напряжения e(t) смещения нейтрали, имеющего место в момент времени ti+δ,, где δ малая величина (то есть, сразу же после скачкообразного изменения напряжения e(t) смещения нейтрали вследствие дугового пробоя в месте ЗНЗ). Схема 17 состоит из интегратора, построенного на операционном усилителе 18 и конденсаторе 19, аналогового коммутатора 20, резисторов 21 и 22, превращающих интегратор (при положении коммутатора 20, противоположном показанному на фиг.5) в инерционное звено с малой постоянной времени, резистора 23 цепи преобразования "начальные условия интегратора временной интервал" и релейного звена 24 с небольшим (порядка 10 30 мВ) гистерезисом. Совместно с фазными напряжениями UA(t), UB(t) и UC(t), напряжение e(t) смещения нейтрали поступает также и на дополнительный блок 25 сопряжения сигналов (ДБСС). Кроме того, в состав устройства входят процессор 26 с постоянными и оперативным запоминающими устройства ПРЗУ, шина 27 данных, адресов и сигналов управления, входной (принимающий информацию) порт 28 П1, выходной (выводящий информацию) порт 29 П2, логический элемент 30 "НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ", контроллер 31 прерываний КП и схема общей синхронизации устройства промышленной частотой. Упомянутая схема общей синхронизации включает в себя нуль-компаратор 32 сигнала линейного напряжения UAВ(t) сети, формирователи 33 и 34 импульсов (ФИ1 и ФИ2), исключающие дребезг, соответственно, спада и фронта выходного сигнала компаратора 32 и программируемый таймер 35 Т1, на счетный вход "с" которого подан высокочастотный (например 2 МГц) тактовый сигнал. К шине 27 подключены также блоки 35 и 36 формирования управлений БФУА и БФУР по активной и реактивной составляющим соответственно, выходы которых подключены к исполнительным органам 37 и 38 (ИОР и ИОА). Структура блоков 37 ИОР и 38 ИОА зависит от конкретной реализации ДГА 11 и способа введения КАС. Например, если ДГА представляет собой трансформатор Бауха, то блок 37 ИОР по аналогии с устройством, реализующим способ-прототип, представляет собой тиристорный ключ, установленный во вторичной цепи указанного трансформатора. Если для КАС используется введение регулируемой искусственной несимметрии от внешнего источника ЭДС через дополнительный дроссель, то блок 38 ИОА по аналогии с устройством, реализующим способ-прототип, представляет собой тиристорный ключ, соединенный последовательно с упомянутым дополнительным дросселем.In FIG. 5 are marked: 9 a network with a non-grounded neutral N, powered by EMF sources E A (t), E B (t), E C (t), having capacities C A , C B , C C between the phases of the network and ground and working on
Действие способа состоит в следующем. The action of the method is as follows.
Низкочастотные процессы в контуре нулевой последовательности сети (КНПС) описываются упрощенно следующей системой дифференциальных уравнений:
где e(t) напряжение смещения нейтрали;
Ig(t) ток в месте повреждения;
θ(t) ток несимметрии сети, в состав которого входит, в частности регулируемый ток искусственной несимметрии, вводимый для компенсации активной составляющей;
Ug(t) напряжение между точкой повреждения сети и землей;
E(t) ЭДС, действующей между точкой ЗНЗ и нейтралью сети;
F(Ug) вольт-амперная характеристика места повреждения;
L индуктивность в нейтрали сети (определяющая КЕС);
С СA + CB + CC суммарная емкость между фазами сети и землей;
g проводимость, характеризующая активные потери в КНПС;
В основу изложения принципа действия предлагаемого способа положим рассмотрение свойств решений данной системы уравнений, причем начать указанное изложение целесообразно с наиболее простых случаев точной настройки КЕС при условиях точной настройки, недо- и перекомпенсации активной составляющей с относительно высоким напряжением пробоя дугового промежутка в месте ЗНЗ.Low-frequency processes in the circuit of the zero sequence of the network (KNPS) are described simplistically by the following system of differential equations:
where e (t) is the neutral bias voltage;
I g (t) current at the fault location;
θ (t) the asymmetry current of the network, which includes, in particular, an adjustable artificial asymmetry current introduced to compensate for the active component;
U g (t) voltage between the point of damage to the network and ground;
E (t) EMF, acting between the point ZNZ and the neutral network;
F (U g) current-voltage characteristic of the place of damage;
L inductance in the neutral of the network (determining CES);
С С A + C B + C C total capacity between network phases and ground;
g conductivity, characterizing active losses in KNPS;
The basis of the description of the principle of action of the proposed method is to consider the properties of solutions to this system of equations, and it is advisable to start the above statement with the simplest cases of fine-tuning the CES under conditions of fine-tuning, under- and overcompensation of the active component with a relatively high breakdown voltage of the arc gap at the ZNZ site.
На фиг. 1 напряжению 3 Ug(t) в месте повреждения (которое показано на графике в виде кривой 1) соответствует согласно (3) расстояние от кривой 1, изображающей ЭДС E(t), до кривой 2, изображающей напряжение e(t) смещения нейтрали. При достижении напряжением Ug(t) напряжения Ud пробоя дугового промежутка в месте ЗНЗ (момент to на фиг.1), последний ионизируется и его проводимость многократно возрастает. При этом мгновенное значение тока Ig(t) быстро увеличивается с нулевой до весьма большой величины (возможно килоамперы), что означает появление значительной величины в правой части уравнения (1). Подобное воздействие на левую часть уравнения (1) приводит к быстрому (практически скачкообразному) изменению напряжения e(t) смещения нейтрали в сторону приближения его к значению E(to), что влечет за собой уменьшение напряжения Ug(t) в месте повреждения, а также, согласно (2), уменьшению (по абсолютной величине) тока Ig(t) в месте ЗНЗ. По истечении отрезка времени δ (обычно короткого, определяемого временем перезаряда емкостей между фазами сети и землей), ток Ig(t) уменьшается до некоторой пороговой величины, при которой происходит деионизация дугового промежутка и снижение проводимости в месте ЗНЗ практически до нуля, то есть наступает бестоковая пауза. Таким образом, воздействие на левую часть уравнения (1) в момент дугового пробоя носит характер, близкий к воздействию d-функции, результатом которого можно считать изменение начальных условий данного уравнения. Упомянутые начальные условия, с которых развиваются дальнейшие процессы (после погасания дуги), имеют следующие вид:
Здесь равенство (4) означает, что напряжение e(t) смещения нейтрали к моменту деионизации дугового промежутка становится практически равным ЭДС E(t), действующей между точкой ЗНЗ и нейтралью сети, а равенство (5) означает, что ток нулевой последовательности (ток дугогасящего аппарата ДГА) за время существования проводящего состояния в месте ЗНЗ не успевает сколько-нибудь заметно измениться (а именно, изменяется на величину δ•e(to)/L,, которая мала вследствие малости δ.In FIG. 1, the voltage 3 U g (t) at the damage site (which is shown in the graph as curve 1) according to (3) corresponds to the distance from
Here, equality (4) means that the neutral bias voltage e (t) at the moment of deionization of the arc gap becomes almost equal to the EMF E (t) acting between the point of the short-circuit current and the network neutral, and equality (5) means that the zero sequence current (current during the existence of the conducting state in the place of the ZNZ does not have time to noticeably change (namely, it changes by the value of δ • e (t o ) / L, which is small due to the smallness of δ.
Процессы в КНПС во время бестоковой паузы определяется суммой
e(t) ec(t) + eb(t) (6)
двух колебательных составляющих: свободной
eC(t) = e
с частотой ω (LC)-1/2, затуханием λ=g/2C и вынужденной
eb(t)=eocos(ωt+Φ), (8)
с промышленной частотой ω, амплитудой
и фазой
где θm и ν соответственно, амплитуда и фаза тока
θ(t) = θmcos(ωt+ν)
несимметрии сети.Processes in KNPS during a dead time pause is determined by the sum
e (t) e c (t) + e b (t) (6)
two oscillatory components: free
e C (t) = e
with frequency ω (LC) -1/2 , damping λ = g / 2C and forced
e b (t) = e o cos (ωt + Φ), (8)
with industrial frequency ω, amplitude
and phase
where θ m and ν, respectively, the amplitude and phase of the current
θ (t) = θ m cos (ωt + ν)
network asymmetries.
При точной настройке КАС амплитуда θm (определяемая искусственной несимметрией, вводимой для осуществления КАС) такова, что соблюдается равенство eo Eo, где Eo амплитуда ЭДС
E(t) = Eocos(ωt+β),
действующей между точкой ЗНЗ и нейтралью сети, а при точной настройке КЕС величина L такова, что соблюдается равенство Φ=β,, где β фаза упомянутой ЭДС E(t). Если дуговой пробой произошел в точке экстремума функции E(t), то, как несложно увидеть из (1) (8), амплитуда e
E (t) = E o cos (ωt + β),
acting between the GSS point and the neutral of the network, and when fine-tuning the CES, the value of L is such that the equality Φ = β is observed, where β is the phase of the mentioned EMF E (t). If the arc breakdown occurred at the extremum point of the function E (t), then, as is easy to see from (1) (8), the amplitude e
Если в сети имеет место недокомпенсация по КАС (в условиях точной настройки КЕС), то для вынужденных колебаний (8) справедливы соотношения eo<Eo; Φ=β.. Решение уравнение (1) при этом таково, что кривая e(t) медленно (в соответствии с декрементом λ затухания свободных колебаний (7)) отклоняется от кривой E(t) в сторону уменьшения амплитуды колебательного процесса, что вызывает, согласно (3), постепенный рост амплитуды напряжения Ug(t) в месте повреждения. При достижении величиной в момент времени t1 напряжения Ud происходит очередной дуговой пробой и процесс повторяется (моменты t2, t3 и т.д. на фиг.1). Дифференцирование сигнала e*(t), который представляет собой напряжение e(t) смещения нейтрали, предварительно отфильтрованное, согласно формуле изобретения, от колебательных высокочастотных составляющих, дает последовательность однополярных (положительных или отрицательных для каждого из дуговых пробоев) импульсов, возникающих в моменты ti дуговых пробоев. Указанные импульсы значительно превосходят по абсолютной величине амплитуду сигнала рассматриваемой производной, имеющего место в промежутках между дуговыми пробоями (то есть во время бестоковых пауз). Поэтому на фиг.1 4 производная (под которой всюду подразумевается производная именно отфильтрованного сигнала e*(t)) во время бестоковых пауз изображается равной нулю. Ниже показано, что знаки рассматриваемых импульсов несут информацию о настройке КАС и КЕС.If in the network there is an undercompensation for CAS (under conditions of fine tuning of the CES), then for the forced oscillations (8) the relations e o <E o are valid; Φ = β .. The solution of equation (1) is such that the curve e (t) slowly (in accordance with the decrement λ of the damping of free vibrations (7)) deviates from the curve E (t) in the direction of decreasing the amplitude of the oscillatory process, which causes , according to (3), a gradual increase in the amplitude of the voltage U g (t) at the site of damage. Upon reaching at the time moment t 1 of the voltage U d , another arc breakdown occurs and the process repeats (moments t 2 , t 3 , etc. in FIG. 1). Differentiation of the signal e * (t), which is the neutral bias voltage e (t), previously filtered, according to the claims, from high-frequency vibrational components, gives a sequence of unipolar (positive or negative for each of the arc breakdowns) pulses that occur at times t i arc breakdowns. The indicated pulses significantly exceed in absolute value the amplitude of the signal of the derivative under consideration, which takes place in the gaps between the arc breakdowns (that is, during dead time pauses). Therefore, in Fig.1 4 derivative (by which everywhere is meant the derivative of the filtered signal e * (t) itself) during current-free pauses is shown to be equal to zero. It is shown below that the signs of the considered pulses carry information on the tuning of CAS and CES.
При точной настройке КЕС (то есть при ωC≃ω и Φ-β), во время бестоковой паузы, напряжение e(t) практически синфазно с ЭДС E(t), причем , и, следовательно, напряжение Ug(t) синфазно (при недокомпенсации по КАС, фиг.1) или находится в противофазе (при перекомпенсации по КАС, фиг.2) с данной ЭДС. Поэтому дуговые пробои в указанных условиях возникают вблизи экстремумов напряжения Ug(t), а следовательно вблизи экстремумов e(t) и ЭДС E(t), то есть в моменты времени, когда , i 1, 2, 3, что и отражено на фиг.1. Далее, из того обстоятельства, что при каждом t следует, что при недокомпенсации по КАС (то есть в ситуации, отображенной на фиг.1) знаки в дискретные моменты ti, i 1, 2, 3 дуговых пробоев совпадают со знаками ЭДС E(t) в эти же моменты ti. Поэтому синхронное детектирование сигнала 4, то есть, производной сигналом, пропорциональным ЭДС E(t), даст последовательность однополярных (положительных) импульсов (позиция 5 на фиг.1), результат 6 осреднения которых также будет положительным. Результат же синхронного детектирования упомянутой производной сигналом, сдвинутым на 90o относительно ЭДС Е(t), будет близким к нулю, поскольку дуговые пробои приходятся на такие моменты времени, когда опорный сигнал близок к нулю. После предусмотренного формулой изобретения осреднения по времени он тем более будет близок к нулю, так как импульсы, полученные в результате синхронного детектирования, скорее всего не будут однополярными.With a fine adjustment of the CES (i.e., with ω C ≃ω and Φ-β), during a current-free pause, the voltage e (t) is almost in phase with the EMF E (t), and , and, therefore, the voltage U g (t) is in phase (when the CAS is undercompensated, FIG. 1) or is out of phase (when the CAS is overcompensated, FIG. 2) with this EMF. Therefore, arc breakdowns under the indicated conditions occur near the voltage extremes U g (t), and therefore near the extremes e (t) and EMF E (t), that is, at times when , i 1, 2, 3, which is reflected in figure 1. Further, from the fact that for each t it follows that in case of undercompensation by UAN (that is, in the situation shown in Fig. 1), the signs at discrete moments t i ,
В случае перекомпенсации по КАС (как и ранее в условиях точной настройки КЕС), для вынужденных колебаний в напряжении e(t) смещения нейтрали справедливы соотношения eo>Eo; Φ=β.. Указанный случай проиллюстрирован на фиг.2. Во время каждой бестоковой паузы решение уравнения (1) таково, что e(t) (кривая 2) медленно (в соответствии с параметром λ) отклоняется от кривой E(t) в сторону нарастания амплитуды колебательного процесса, что, как и в предыдущем случае, приводит к постепенному росту амплитуды напряжения Ug(t) в месте повреждения. Если величина превысит напряжение Ud пробоя поврежденной изоляции, то в момент t1 произойдет очередной дуговой пробой и процесс повторится (дальнейшие пробои следуют в моменты времени t2, t3 и т. д. на фиг. 2). Согласно изложенному выше, дуговые пробои происходят вблизи экстремумов ЭДС E(t), то есть при , k 0, 1, 2, 3 ( фиг.2), однако, поскольку в рассматриваемой ситуации в отличие от ранее рассмотренной недокомпенсации по активной составляющей, знаки в моменты t1 дуговых пробоев противоположны знакам ЭДС E(t) (кривая 1) в эти же моменты. Поэтому синхронное детектирование сигнала производной сигналом, пропорциональным ЭДС E(t), даст последовательность однополярных, отрицательных импульсов (позиция 5 на фиг.2), результат 6 осреднения которых также будет отрицательным. Результат же синхронного детектирования сигнала упомянутой производной опорным сигналом, сдвинутым на 90o относительно ЭДС E(t) так же, как и в предыдущем случае, будет близок к нулю по тем же причинам.In the case of overcompensation according to the CAS (as before in the conditions of fine tuning of the CES), for forced oscillations in the voltage e (t) of the neutral bias, the relations e o > E o are valid; Φ = β .. This case is illustrated in figure 2. During each dead-time pause, the solution of equation (1) is such that e (t) (curve 2) slowly (in accordance with the parameter λ) deviates from the curve E (t) in the direction of increasing amplitude of the oscillatory process, which, as in the previous case , leads to a gradual increase in the amplitude of the voltage U g (t) at the site of damage. If the value exceeds the breakdown voltage U d of the breakdown of the damaged insulation, then at the moment t 1 another arcing breakdown will occur and the process will repeat (further breakdowns follow at times t 2 , t 3 , etc. in Fig. 2). According to the above, arc breakdowns occur near the extrema of the EMF E (t), i.e., at ,
Нетрудно увидеть, что при низком напряжении пробоя дугового промежутка в месте ЗНЗ в обоих случаях может происходить по несколько дуговых пробоев в течение каждого полупериода, которые, однако, располагаются практически симметрично относительно моментов , k 0, 1, 2, 3, и поэтому отмеченные выше свойства результатов осреднения Ua и Uт полностью сохраняются.It is easy to see that, at a low voltage, the breakdown of the arc gap at the ZNZ site in both cases can result in several arc breakdowns during each half-period, which, however, are located almost symmetrically with respect to the moments ,
Далее, рассмотрим случай перекомпенсации по емкостной составляющей в условиях отсутствия КАС, то есть при eo≃0; ωC>ω, Φ>β, который иллюстрируется на фиг. 3. При указанных условиях, в решении e(t) уравнений (1) (3) доминирует свободная составляющая (7). Поскольку ωC>ω,, то после каждого дугового пробоя (в моменты to, t1, t2 и т.д.) и наступления очередной бестоковой паузы, напряжение e(t) (кривая 2) отклоняется от E(t) (кривая 1) в сторону опережения, то есть вниз от кривой E(t) на ее падающих участках и вверх от нее на восходящих участках. В результате, как и ранее, появляется и постепенно нарастает (по абсолютной величине) напряжение Ug(t) в месте повреждения, будучи при этом положительным на падающих участках ЭДС E(t) и отрицательным на ее восходящих участках. По достижении этим напряжением порога Ud пробоя дугового промежутка места ЗНЗ вследствие воздействия очередного дугового пробоя, как и ранее, происходит скачкообразная установка соотношения (4) (при сохранении равенства (5)). При этом (производная 4) в момент скачка положительна на падающих участках E(t) и отрицательна на восходящих участках. Так как падающим участкам E(t) соответствуют участки с положительными значениями опорного сигнала 7, сдвинутого на 90o по отношению к ЭДС E(t), синхронное детектирование производной 4 опорным сигналом 7 даст последовательность однополярных, отрицательных импульсов 9 (фиг.3), среднее значение которых также отрицательно. Кроме того, как видно из фиг.3, большинство дуговых пробоев с положительной производной 4 происходит при положительных значениях ЭДС E(t), а большинство дуговых пробоев с отрицательной производной 4 при отрицательных значениях ЭДС 1. Поэтому результатом синхронного детектирования сигнала 4 (фиг.3) опорным сигналом 1 является последовательность импульсов 5, среди которых преобладают положительные, что определяет положительный знак среднего значения Ua (фиг.3), как это и должно быть в случае недокомпенсации (или отсутствия компенсации) активной составляющей. При введении КАС, то есть при появлении в решении (6) уравнений (1) (3) ненулевой вынужденной составляющей (8), растет число дуговых пробоев с положительной производной 4, попадающих на отрицательные значения ЭДС 1 E(t) и наоборот (то есть с отрицательной производной 4, попадающих на положительные значения ЭДС 1 E(t)). В этом случае соотношение между положительными и отрицательными импульсами 5 в сигнале Ua смещается в сторону отрицательных импульсов, что приводит к уменьшению среднего значения Ua, которое достигает нуля при eo≃ Eo,, то есть вблизи точной настройки КАС. В случае дальнейшего роста КАС отрицательные импульсы 5 начинают преобладать над положительными, то есть при перекомпенсации активной составляющей среднее значение Ua становится отрицательным.Next, we consider the case of overcompensation in the capacitive component in the absence of UAN, that is, for e o ≃0; ω C > ω, Φ> β, which is illustrated in FIG. 3. Under these conditions, the free component (7) dominates in the solution e (t) of equations (1) (3). Since ω C > ω ,, after each arc breakdown (at the moments t o , t 1 , t 2 , etc.) and the occurrence of the next dead time, the voltage e (t) (curve 2) deviates from E (t) (curve 1) in the advance direction, that is, down from the curve E (t) in its falling sections and up from it in the ascending sections. As a result, as before, the voltage U g (t) appears and gradually increases (in absolute value) at the site of damage, while being positive in the falling sections of the EMF E (t) and negative in its ascending sections. When this voltage reaches the threshold U d of breakdown of the arc gap of the ZNZ site due to the action of the next arc breakdown, as before, an abrupt setting of relation (4) occurs (while maintaining equality (5)). Wherein (derivative 4) at the time of the jump is positive in the falling sections of E (t) and negative in the ascending sections. Since the falling sections of E (t) correspond to sections with positive values of the
Наконец, в случае недокомпенсации по емкостной составляющей при отсутствии КАС выполняются следующие условия: eo≃ 0, ωC<ω, Φ<β. Данный случай иллюстрируется на фиг.4. Из-за того, что ωC<ω, после каждого дугового пробоя (в моменты to, t1, t2 и т.д.) кривая e(t) (позиция 2 на фиг 4) отклоняется от кривой 1 E(t) в сторону отставания, то есть, вверх от кривой E(t) на ее падающих участках и вниз от нее на восходящих участках. Вследствие этого производная в момент скачка отрицательна на падающих участках E(t) и положительна на восходящих участках ЭДС E(t) (позиция 4 на фиг.4). Результат синхронного детектирования импульсов 4 опорным сигналом 7 показан на фиг.4 в позиции 8 и представляет собой последовательность положительных импульсов 9 (что влечет за собой положительный знак среднего значения Uт). Кроме того, на фиг.4 так же, как и на фиг.3 большинство дуговых пробоев с положительной производной 4 происходит при положительных значениях ЭДС E(t) и наоборот, что определяет преобладание положительных импульсов в результате 5 синхронного детектирования сигнала 4 опорным сигналом 1 и как следствие положительный знак среднего значения Ua (что и должно происходить при недокомпенсации активной составляющей). Как и ранее, при введении КАС происходит смещение соотношения положительных и отрицательных импульсов в сигнале 5 и изменение знака среднего значения 6Ua вблизи точки точной настройки КАС. Описанные свойства средних значений сохраняются при изменениях напряжения пробоя дугового промежутка в месте ЗНЗ.Finally, in the case of undercompensation in the capacitive component in the absence of CAS, the following conditions are satisfied: e o ≃ 0, ω C <ω, Φ <β. This case is illustrated in figure 4. Due to the fact that ω C <ω, after each arc breakdown (at times t o , t 1 , t 2 , etc.), the curve e (t) (
Из изложенного следует, что знак осредненного сигнала Uт соответствует расстройке по КЕС, а знак осредненного сигнала 6 Ua - расстpойке по КАС и, следовательно, названные переменные могут использоваться для автонастройки соответственно КЕС и КАС (с использованием, например интегрального, пропорционально-интегрального, пропорционально-интегрально-дифференциального или более сложных способов регулирования).It follows from the foregoing that the sign of the averaged signal U t corresponds to the detuning according to the CES, and the sign of the averaged signal 6 U a corresponds to the detuning according to the CAS and, therefore, the above variables can be used to automatically adjust the CES and CAS (using, for example, integral, proportional-integral , proportional-integral-differential or more complex methods of regulation).
Функционирование данного способа можно дополнительно пояснить в частотных терминах. При этом следует обратить внимание на то обстоятельство, что импульсы функции , возникающие в моменты дуговых пробоев, синхронны и синфазны с импульсами тока Ig(t) в месте повреждения. Поэтому результаты операций синхронного детектирования функции несут ту же информацию, что и измерение фазы первой гармоники тока Ig(t) (в том случае, если дуговые пробои возникают периодически), который ненаблюдаем со стороны системы автокомпенсации. Фаза же первой гармоники указанного тока несет, как известно, информацию о величинах и знаках расстроек компенсации.The operation of this method can be further explained in frequency terms. In this case, attention should be paid to the fact that the momenta of the function arising at the moments of arc breakdowns are synchronous and in phase with current pulses I g (t) at the site of damage. Therefore, the results of synchronous function detection operations carry the same information as the measurement of the phase of the first harmonic of the current I g (t) (in the event that arcing breakdowns occur periodically), which is unobservable by the auto-compensation system. The phase of the first harmonic of the indicated current carries, as is known, information on the magnitudes and signs of the compensation disturbances.
Для того, чтобы определить значение фазы β ЭДС E(t), действующей между точкой ЗНЗ и нейтралью сети, можно использовать отмеченное выше свойство напряжения e(t), смещения нейтрали становиться равным мгновенному значению ЭДС E(t) в момент прекращения дугового процесса в месте ЗНЗ (которое отражено в соотношении (4)). Если предположить, что первый дуговой пpобой происходит в момент t0 максимума (по абсолютной величине) напряжения Ug(t) в месте повреждения, то есть в момент максимума (по абсолютной величине) ЭДС
E(t) = Eocos(ωt+β), (11)
действующей между точкой ЗНЗ и нейтралью сети, то из упомянутого условия максимума: находим:
При этом считаем, что мгновенная фаза ωto приведена к отрезку [0, 2π]. Таким образом, для первоначального нахождения фазы β необходимо выполнить следующие действия: выявить дуговой пробой в месте ЗНЗ, определить мгновенную фазу wto момента t0 этого пробоя и вычислить искомую фазу β согласно (12). Для распознавания моментов дуговых пробоев можно воспользоваться, например импульсами, возникающими в эти моменты при дифференцировании напряжения e(t) смещения нейтрали согласно заявляемому способу.In order to determine the value of the phase β of the EMF E (t) acting between the point of the fault and the neutral of the network, the voltage property e (t) noted above can be used, the neutral bias becomes equal to the instantaneous value of the EMF E (t) at the moment of termination of the arc process in place ZNZ (which is reflected in the ratio (4)). If we assume that the first arc fault occurs at the moment t 0 of the maximum (in absolute value) voltage U g (t) at the damage site, that is, at the time of the maximum (in absolute value) EMF
E (t) = E o cos (ωt + β), (11)
acting between the point of the ZNZ and the neutral of the network, then from the above maximum condition: we find:
Moreover, we believe that the instantaneous phase ωt o is reduced to the segment [0, 2π]. Thus, to initially find the phase β, it is necessary to perform the following steps: to identify the arc breakdown at the ZNZ site, determine the instantaneous phase wt o of the moment t 0 of this breakdown, and calculate the desired phase β according to (12). To recognize the moments of arc breakdowns, you can use, for example, pulses arising at these moments during differentiation of the neutral bias voltage e (t) according to the claimed method.
Если зарегистрировано более одного дугового пробоя с момента возникновения ЗНЗ, то можно повысить точность определения фазы b, отказавшись от предположения о том, что дуговые пробои происходят в моменты максимумов абсолютной величины ЭДС E(t) и воспользовавшись вместо этого дополнительной информацией о мгновенных фазах wti моментов ti других дуговых пробоев и о мгновенных значениях e(t), напряжения e(t) смещения нейтрали в указанные моменты. Действительно, записав соотношение (4) для двух дуговых пробоев, произошедших в соседние моменты времени ti-1 и ti, получим следующую систему уравнений:
Данная система совместима в том случае, если
sinω(ti-1-ti)≠0, (15)
то есть, если величина ω(ti-1-ti) не кратна π.. Ее решение дает следую- щее выражение для фазы β:::
Таким образом, если в сети произошло более одного дугового пробоя (в моменты времени ti-1 и ti, для которых выполняется условие (15)), то для определения фазы β следует зафиксировать мгновенные фазы wti-1 и ωti моментов пробоя, определить мгновенные значения e(ti-1) и e(t1) напряже- ния смещения нейтрали в эти моменты и вычислить упомянутые фазу сог- ласно выражению (16).If more than one arc breakdown has been registered since the occurrence of the fault, it is possible to increase the accuracy of determining phase b by abandoning the assumption that arc breakdowns occur at the moments of the maxima of the absolute value of the EMF E (t) and using instead additional information on the instantaneous phases wt i moments t i other arc breakdowns and about the instantaneous values e (t), voltage e (t) of the neutral bias at the indicated moments. Indeed, having written relation (4) for two arc breakdowns that occurred at neighboring times t i-1 and t i , we obtain the following system of equations:
This system is compatible if
sinω (t i-1 -t i ) ≠ 0, (15)
that is, if the quantity ω (t i-1 -t i ) is not a multiple of π .. Its solution gives the following expression for the phase β :::
Thus, if more than one arc breakdown has occurred in the network (at time t i-1 and t i , for which condition (15) is satisfied), then to determine the phase β one should fix the instantaneous phases wt i-1 and ωt i of the breakdown time , determine the instantaneous values e (t i-1 ) and e (t 1 ) of the neutral bias voltage at these moments and calculate the mentioned phase according to expression (16).
Если в течение ЗНЗ имела место серия из нескольких дуговых пробоев, то целесообразно определить фазу β опи- санным выше способом для каждой пары дуговых пробоев и затем осреднить полученные значения фазы b.. Простейшими и достаточно эффективными способами осреднения являются определение среднего арифметического по всем произошедшим к данному моменту дуговым пробоям или определение скользящего среднего по некоторому заранее заданному числу дуговых пробоев. If a series of several arc breakdowns occurred during the ZNZ, it is advisable to determine the phase β as described above for each pair of arc breakdowns and then average the obtained values of phase b .. The simplest and most effective methods of averaging are to determine the arithmetic mean over all that occurred to a given moment of arc breakdowns or the determination of a moving average from a predetermined number of arc breakdowns.
Дополнительное повышение точности определение фазы β достигается привлечением априорной информации о том, что конец вектора действующей между точкой ЗНЗ и нейтралью сети должен располагаться либо на одной из сторон треугольника линейных ЭДС, если ЗНЗ произошло или в одной из обмоток, соединенных в треугольник, либо на одном из лучей звезды фазных ЭДС, если ЗНЗ произошло или в одной из обмоток, соединенных в звезду, или в фазном проводнике сети. Привлечение ука- занной априорной информации означает, что полученная в результате пре- дыдущих действий величина β должна быть скорректирована путем прое- цирования вектора , параметры которого определены в ходе описанных выше действий, на ближайшую из сторон треугольника линейных ЭДС или на ближайший из лучей звезды фазных ЭДС. Для этого, при каждом из дуговых пробоев, дополнительно к перечисленным выше действиям, определяют амплитуду , действующей между точкой ЗНЗ и нейтралью сети, следующим образом:
если имеется информация только лишь о первом пробое в момент времени t1, то полагают:
если имеется информация о двух дуговых пробоях в моменты времени ti-1 и ti, для которых выполняется условие (15), то по- лагают
если имеется информация более чем о двух пробоях, то для каждой пары из них определяют величину по формуле (18), после чего полученные величины осредняют.An additional increase in the accuracy of determining the phase β is achieved by using a priori information that the end of the vector acting between the ZNZ point and the neutral of the network should be located either on one side of the triangle of linear EMF, if the ZNZ occurred or in one of the windings connected in a triangle, or on one of the beams of the star of the phase EMF, if the ZNZ occurred or in one of the windings connected in a star, or in the phase conductor of a network. Attraction of the indicated a priori information means that the value β obtained as a result of previous actions should be corrected by projecting the vector , the parameters of which are determined in the course of the above steps, to the nearest of the sides of the triangle of linear EMF or to the nearest of the rays of the star phase emf. For this, with each of the arc breakdowns, in addition to the above actions, the amplitude is determined acting between the ZNZ point and the network neutral, as follows:
if there is information only about the first breakdown at time t 1 , then consider:
if there is information about two arc breakdowns at times t i-1 and t i for which condition (15) is satisfied, then
if there is information on more than two breakdowns, then for each pair of them determine the value by the formula (18), after which the obtained values are averaged.
Далее, определяют ту фазу (А, В или С) сети, для которой абсолютная величина отклонения Φ=β-αi значения фазы β ЭДС, действующей между точкой замыкания на землю и нейтралью сети от значения αi фазы фазной ЭДС Ei=Emcos(ωt+αi) не превышает π/3, а затем, если удовлетворяется условие
где Em амплитуда фазной ЭДС сети, то скорректированную величину фазы β ЭДС, действующей между точкой замыкания на землю и нейтралью сети, считают равной фазе ai упомянутой фазной ЭДС; в противном слу- чае, то есть, если условие (19) не удовлетворяется, то проверяют вы- полнение другого условия:
и, если данное условие выпол- няется, то также полагают β=αi. Если же условия (19), (20) не выполняет- ся, то величину β определяют по следующей формуле:
Для исключения влияния на автонастройку компенсации высокочастотных помех, присутствующих в напряжении смещения нейтрали, последнее перед выполнением операции дифференцирования должно быть подвергнуто фильтрации для подавления составляющих, лежащих вне спектра процессов в КНПС при дуговых ЗНЗ (ориентировочно с частотами свыше 10 кГц). Поскольку форма сигнала в течение дугового пробоя не несет информации о знаках и величинах расстроек по КАС и КЕС, данный сигнал целесообразно ограничить сверху и снизу. Ограничение же при достаточно большом усилении приводит, по сути дела, к превращению данного сигнала в логический, что упрощает реализацию операций синхронного детектирования.Next, determine the phase (A, B or C) of the network for which the absolute value deviations Φ = β-α i of the value of phase β of the EMF acting between the point of earth fault and the neutral of the network from the value α i of the phase phase EMF E i = E m cos (ωt + α i ) does not exceed π / 3, and then, if the condition is satisfied
where E m is the amplitude of the phase EMF of the network, then the adjusted value of the phase β EMF acting between the earth fault point and the neutral of the network is considered equal to the phase a i of the mentioned phase EMF; otherwise, that is, if condition (19) is not satisfied, then the fulfillment of another condition is checked:
and if this condition is satisfied, then β = α i is also assumed. If conditions (19), (20) are not satisfied, then the value of β is determined by the following formula:
In order to exclude the influence of high-frequency interference present in the neutral bias voltage on the auto-tuning, the latter must be filtered before suppressing the differentiation operation to suppress components that are outside the spectrum of processes in the SSC at arc faults (approximately with frequencies above 10 kHz). Since the waveform during the arc breakdown does not carry information about the signs and magnitude of the detuning according to CAS and CES, it is advisable to limit this signal from above and below. The limitation with a sufficiently large gain leads, in fact, to the conversion of this signal into a logical one, which simplifies the implementation of synchronous detection operations.
Заявляемый способ не использует присущего всем известным способам автокомпенсации предположения о том, что ЗНЗ произошло именно между фазой сети и землей. Поэтому он не требует распознавания поврежденной фазы. Благодаря данной особенности способ работоспособен при возникновении ЗНЗ не только в фазных проводниках сети, но также и в обмотках нагрузок или питающих сеть трансформаторов, соединенных как в звезду, так и в треугольник. Информацию о фазе ЭДС E(t) при этом можно получать, например, по результатам измерений мгновенных фаз моментов дуговых пробоев и мгновенных значений напряжения e(t) смещения нейтрали в указанные моменты времени. Более того, данный способ принципиально не нуждается и в распознавании режимов работы сети поскольку при отсутствии дуговых пробоев в нормальном режиме работы сети или в режимах бездуговых ЗНЗ (для которых способ не предназначен) он формирует нулевые уравнения. Затем, однако, что распознавание режимов может понадобиться в тех случаях, когда в информации о режиме нуждаются используемые способы осуществления КАС или КЕС, или же когда заявляемый способ комбинируется с другими способами автонастройки компенсации. Благодаря относительной независимости знака управления по КАС от расстройки по КЕС (и наоборот) улучшаются динамические свойства систем, реализующих заявляемый способ. В связи с тем, что управления в предлагаемом способе формируются обработкой функции , имеющей импульсный характер (в режиме перемежающегося дугового ЗНЗ), их абсолютные величины растут с ростом частоты пробоев, например из-за больших расстроек или низкого напряжения пробоя дугового промежутка. Данное обстоятельство делает весьма эффективным комбинирование заявляемого способа с другими известными способами автонастройки компенсации, включая способ-прототип.The inventive method does not use the inherent in all known methods of auto-compensation assumptions that ZNZ occurred precisely between the phase of the network and the ground. Therefore, it does not require recognition of the damaged phase. Due to this feature, the method is operable in the event of an SCZ not only in the phase conductors of the network, but also in the load windings or transformers supplying the network, connected both to a star and to a triangle. Information on the EMF phase E (t) can be obtained, for example, by measuring the instantaneous phases of the moments of arc breakdowns and the instantaneous values of the neutral bias voltage e (t) at the indicated times. Moreover, this method fundamentally does not need to recognize the network operating modes, since in the absence of arc breakdowns in the normal network operation mode or in arc-free ZNZ modes (for which the method is not intended) it generates zero equations. Then, however, that mode recognition may be needed in cases where the mode information requires the used methods of CAS or CES implementation, or when the claimed method is combined with other methods of automatic compensation adjustment. Due to the relative independence of the CAS control sign from the CES detuning (and vice versa), the dynamic properties of systems implementing the inventive method are improved. Due to the fact that the controls in the proposed method are formed by processing functions having a pulsed nature (in the intermittent arc fault mode), their absolute values increase with increasing breakdown frequency, for example, due to large detunings or low breakdown voltage of the arc gap. This circumstance makes it very effective to combine the proposed method with other known methods of automatic compensation, including the prototype method.
Из-за относительной сложности действий, предусмотренных заявляемым способом, целесообразна реализация его на микропроцессорной основе. Due to the relative complexity of the actions provided by the claimed method, it is advisable to implement it on a microprocessor basis.
Рассмотрим функционирование устройства, реализующего заявляемый способ и показанного на фиг.5. Основу устройства составляет процессор 26 с постоянным (ПЗУ) и оперативным (ОЗУ), запоминающими устройства (ПРЗУ), который следующим образом взаимодействует с другими блоками устройства. Процессор 26 считывает очередную команду программы из ПЗУ, декодирует ее и затем выполняет, обращаясь при этом, в соответствии с содержанием команды, к ОЗУ или к ПЗУ блока 26, а через шину 27 также и к дополнительному блоку 25 сопряжения сигналов ДБСС, таймеру 35, к контроллеру 31 прерываний, к портам 28, 29 и к блокам 35 и 36 формирования управления БФУВ и БФУР по активной и реактивной составляющим. При поступлении фронта сигнала на один из входов Ir1.Ir3 контроллера 31 прерываний 1, последний, взаимодействуя с блоком 26 ПРЗУ, заставляет его прервать выполнение текущей программы, выполнить одну из процедур обработки прерываний, записанных в ПЗУ блока 26 ПРЗУ, и возвратиться затем к выполнению прерванной программы. Consider the operation of a device that implements the inventive method and shown in Fig.5. The basis of the device is a
Рассмотрим далее процесс общей синхронизации устройства промышленной частотой. Сигнал UAB(t), пропорциональный линейному напряжению сети между фазами А и В, формируется измерительным трансформатором напряжений 13 (фиг. 2), подается на вход нуль-компаратора 32 блока БУК (фиг.7) и далее проходит через формирователь 33 и 34 импульсов, исключающие дребезг, соответственно, на спаде и на фронте этого сигнала. Фронт сигнала на выходе формирователя 33, возникающий практически одновременно с переходом линейным напряжением UAB(t) через нуль (из отрицательных значений в положительные), перезапускает таймер 35. Таймер 35 начинает счет тактовых импульсов, которые поступают на его счетный вход "с" с частотой, на 3 5 порядков превышающей частоту сети. Счет начинается с кода, приблизительно соответствующего длительности полупериода сети. В результате по коду, считанному из данного таймера блоком 26 ПРЗУ в любой момент t времени, несложно восстановить мгновенную фазу ωt момента t считывания, а по разности кодов, считанных синхронно с какими-либо событиями промежуток времени между этими событиями. При описанном способе синхронизации отсчет всех фазовых сдвигов осуществляется относительно линейного напряжения UAB(t) (которое имеет в этой связи нулевой фазовый сдвиг). В момент прохождения кода таймера 35 через нулевое значение формируется импульс на его выходе, который инициирует (посредством контроллера 31 прерываний) вызов блоком 26 ПРЗУ процедуры обработки прерывания по входу Ir1 контроллера 31. Данная процедура предусматривает опрос (посредством порта 28 П1) состояния компаратора 32 в тот момент времени, когда мгновенная фаза ωt по показаниям таймера 35 равна π. Так как в этот момент сигнал UAB(t) должен проходить через нуль, по состоянию компаратора 32 (то есть, по сигналу на выходе формирователя 34) можно судить о соответствии выдержки времени таймера 35 действительной длительности Т полупериода при данной частоте сети, а также отрегулировать ее, то есть несколько увеличить эту выдержку, если на выходе формирователя 34 присутствует логический ноль (UAB<0) или уменьшить ее в противном случае (что также должно быть предусмотрено процедурой обработки прерывания по входу Ir1 контроллера 31). Образовавшаяся таким образом следящая система, отслеживая изменения частоты сети, исключает их влияние на функционирование устройства.Let us further consider the process of general synchronization of a device with industrial frequency. The signal U AB (t), which is proportional to the line voltage of the network between phases A and B, is generated by a voltage measuring transformer 13 (Fig. 2), fed to the input of the null-
В нормальном режиме работы сети в сигнале напряжения e(t) смещения нейтрали отсутствуют какие-либо скачкообразные изменения, поэтому отсутствуют также и импульсы на входе Ir2 контроллера 31 прерываний. Блок 17 в рассматриваемом режиме переведен (сигналом z порта 29) в состояние инерционного звена с малой постоянной времени (для чего аналоговый ключ 20 подсоединяет вход операционного усилителя 18 к точке соединения резисторов 21, 22) и поэтому отслеживает подаваемое на его вход напряжение e(t) смещения нейтрали. Прерывание по входу Ir3 контроллера 31 вызывается в том случае, если сигнал g на выходе порта 2 не соответствует сигналу h на выходе компаратора 24 (вследствие чего на выходе логического элемента 30 "НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ" появляется логическая "единица", которая как раз и вызывает данное прерывание). Процедура обработки прерывания по входу Ir3 приводит в соответствие выходной сигнал g порта 31 с выходным сигналом h компаратора 24. Такое соответствие является нормальным состоянием рассматриваемого примера устройства. Устройство в нормальном режиме работы сети должно либо поддерживать некоторую заданную настройку КЕС, например сохранившуюся от предыдущего режима ЗНЗ, либо осуществлять предварительную (резонансную) настройку КНПС, реализуя какой-либо из известных способов. Необходимые для этого сигналы формируются блоком 25 ДБСС. Управление исполнительными органами 37 и 38 производится блоком 26, согласно реализуемой в нормальном режиме программе, посредством интерфейсных блоков 35 и 36 (устройство которых определяется как выбранными способами КАС и КЕС, так и устройством блоков 37 и 38). In the normal mode of operation of the network, there are no abrupt changes in the neutral bias voltage signal e (t), therefore, there are also no pulses at the input Ir2 of the interrupt
При возникновении в сети дугового ЗНЗ, скачкообразное изменение напряжения e(t) смещения нейтрали, измеренного блоком 13 ИТН и переданного через фильтр 14 Ф1 (подавляющий высокочастотные помехи) на дифференциатор 15, формирует на выходе последнего импульсный сигнал соответствующего знака. Данный сигнал преобразуется ограничителем 16 (который представляет собой, например релейное звено с зоной нечувствительности) в кратковременный сигнал фиксированного уровня (или в двухразрядный логический сигнал, один из разрядов которого является знаковым) и подается на входы контроллера 31 прерываний и порта 28. When an arcing fault occurs in the network, an abrupt change in the neutral bias voltage e (t), measured by the
Кроме того, скачкообразное изменение напряжения e(t) смещения нейтрали отслеживается инерционным звеном с малой постоянной времени (элементы 18 22 на фиг.5). Импульс на входе Ir2 контроллера 31 прерываний заставляет последний инициировать вызов соответствующей процедуры обработки прерывания, в процессе выполнения которой блок 26 ПРЗУ считывает и запоминает в ОЗУ содержимое таймера 35 (то есть фиксирует информацию о мгновенной фазе wto момента t0 дугового пробоя), состояние порта 28 (то есть фиксирует информацию о знаке производной в момент пробоя), а также посредством порта 28 П1 считывает и запоминает в ОЗУ значение сигнала h, то есть по сути дела знак мгновенного значения e(to+δ) напряжения e(t) смещения нейтрали сразу после пробоя. Помимо этого, в процессе выполнения данной процедуры блок 26 ПРЗУ изменяет сигнал z на выходе порта 29, вследствие чего блок 1 переходит в режим преобразования во временной интервал того мгновенного значения e(to+δ) напряжения e(t) смещения нейтрали, которое было зафиксировано сразу же после дугового пробоя. В указанном режиме аналоговый ключ 20 устанавливается в положение, показанное на фиг.5, и выходное напряжение интегратора (на элементах 18, 19 и 23) начинает изменяться с постоянной скоростью в сторону уменьшения по абсолютной величине (независимо от знака e(to+δ)).).In addition, an abrupt change in the neutral bias voltage e (t) is monitored by an inertial link with a small time constant (
По истечении некоторого отрезка времени Δt (пропорционального мгновенному значению e(to+δ) напряжение e(t) смещения нейтрали сразу после дугового пробоя) сигнал на выходе указанного интегратора достигнет нуля, а затем изменит знак. В момент смены знака сигнала на выходе операционного усилителя 18 нарушается соответственно между сигналами h и g, в результате чего появляется логическая "единица" на выходе элемента 30 и контроллер 31 прерываний инициирует вызов блоком 26 ПРЗУ процедуры обработки прерываний по входу Ir3. Указанная процедура считывает и запоминает в ОЗУ блока 26 содержимое таймера 35, приводит в соответствие сигналы h и g и снова изменяет сигнал z, возвратив этим блок 17 в режим инерционного звена с малой постоянной времени. Устройство оказывается подготовленным к получению аналогичной информации при следующем дуговом пробое (если он произойдет). Описанными действиями готовится исходная информация для автонастройки КЕС и КАС в соответствии с формулой изобретения.After a certain time interval Δt (proportional to the instantaneous value e (t o + δ), the neutral bias voltage e (t) immediately after the arc breakdown), the signal at the output of the specified integrator reaches zero, and then changes sign. At the moment of changing the sign of the signal at the output of the
Далее блок 26 ПРЗУ обрабатывает полученную информацию. На основании разницы в содержимом таймера 35, считанном в момент изменения знака сигнала на выходе интегратора (прерыванием по входу Ir3) и считанном в момент to+δ дугового пробоя (прерыванием по входу Ir2), определяется абсолютная величина напряжения смещения нейтрали, имевшая место сразу после дугового пробоя, а по состоянию сигнала g в момент пробоя знак этого напряжения. По содержимому таймера 35 в момент to+δ определяется также мгновенная фаза ωto момента пробоя. На основании полученных данных блок 26 ПРЗУ рассчитывает по формуле (12) фазу β ЭДС, действующей между точкой ЗНЗ и нейтралью сети, которая является фазой первого опорного сигнала
br(t)=cos(ωt+β), (22)
а также фазу второго опорного сигнала
(см. формулу изобретения). Для выполнения предусмотренных формулой изобретения операций синхронного детектирования блок 25 ПРЗУ вычисляет величины
которые используются далее этим же блоком для формирования управлений по КАС и по КЕС в соответствии с интегральным, пропорционально-интегральным, пропорционально-интегрально-дифференциальным или более сложными способами регулирования.Next, the
b r (t) = cos (ωt + β), (22)
as well as phase second reference signal
(see the claims). To perform the synchronous detection operations provided for by the claims, the RAM unit 25 calculates
which are then used by the same unit to form controls for CAS and CES in accordance with integral, proportional-integral, proportional-integral-differential or more complex control methods.
При появлении последующих пробоев устройство действует аналогичным образом, однако информация, собранная в процессе выполнения процедур обработки прерываний по входам Ir2, Ir3 блока 31 КП, обрабатывается несколько иначе. Имеется в виду, что по вычисленным (как и ранее) величинам ωti и e(ωti), для каждого из последующих пробоев блоком 26 ПРЗУ определяются величины β′ и согласно выражениям, соответственно, (16) и (18), которые затем осредняются и используются этим же блоком 26 для коррекции величины β описанным выше способом (зависящим от выполнения условия (19), (20)). Полученная величина b, как и ранее используется блоком 26 ПРЗУ при выполнении операций синхронного детектирования в соответствии с выражениями (24), (25), результаты которых, в свою очередь, используются при формировании управлений по КАС и по КЕС.When subsequent breakdowns occur, the device acts in a similar way, but the information collected during the processing of interrupt processing at the inputs Ir2, Ir3 of the
По мере достижений точной настройки по КАС и по КЕС дуговые пробои в месте ЗНЗ прекращаются, с ними прекращаются вызовы процедуры обработки прерывания по входу Ir2 контроллера 31 прерываний, управления по КАС и по КЕС принимают нулевые значения и устройство далее поддерживает достигнутый режим полностью компенсированной нейтрали. As the CAS and CES fine-tuning are achieved, the arc breakdowns at the ZNZ site cease, they interrupt the calls to the interrupt processing procedure at the input Ir2 of the interrupt
Для передачи в исполнительные органы 37 ИОР ДГА и 38 ИОА компенсатора активной составляющей, управлений по КАС и по КЕС, полученных блоком 26 ПРЗУ в цифровой форме, служат блоки формирования управлений, соответственно, 36 БФУР и 35 БФУА. Принципы действия блоков определяются применяемыми способами КАС и КЕС, а также принципами действия исполнительных органов 37 и 38. Так, например, если исполнительным органом 37 ИОР ДГА (по аналогии с устройством, реализующим способ-прототип) является тиристорный ключ в цепи разомкнутого треугольника вторичных обмоток трансформатором Бауха совместно с цепями гальванической развязки и датчиками запирания тиристоров, ток блок 36 БФУР представляет собой программируемый таймер, определяющий выдержку времени между моментом запирания тиристорного ключа и моментом подачи на него очередного отпирающего импульса. Если исполнительным органом 37 ИОР является управляемый выпрямитель дугогасящего реактора с подмагничиванием, то блок 36 БФУР представляет собой программируемый таймер с цепями синхронизации и гальванической развязки, который определяет угол отпирания тиристоров управляемого выпрямителя. Если исполнительным органом 37 ИОР является привод плунжерного дугогасящего реактора, то блок 36 БФУР представляет собой выходной (выводящий информацию) порт с цепями гальванической развязки, сигналы которого управляют пускателями привода реактора. Далее, если исполнительным органом 38 ИОА компенсатора 12 активной составляющей является (по аналогии с устройством, реализующим способ-прототип) тиристорный ключ в цепи дополнительного дросселя, то построение блока 35 БФУА аналогично построению блока 36 БФУР для того же случая. Необходимый для функционирования подобного компенсатора активной составляющей сигнал ρ "режим", определяющий состояние его коммутационных устройств, формируется блоком 26 ПРЗУ и передается через выходной порт 29 П2. Если же блоком 38 ИОА является однофазный зависимый инвертор, по аналогии с (Обабков В.К. Целуевский Ю.Н. Способ компенсации токов однофазного замыкания в трехфазной сети с дугогасящим реактором. Авт. св. СССР N 1264263, кл. Н 02 Н 9/08), то построение блока 35 БФУА аналогично описанному выше построению блока 36 БФУР для случая дугогасящего реактора с подмагничиванием. For the transfer to the
Следует заметить, что в условиях точной настройки КАС и КЕС изменение параметров ЗНЗ, включая восстановление диэлектрической прочности изоляции, никак не сказывается на первых гармониках напряжений и токов в сети. Поэтому очевидно, что для распознавания факта устранения повреждения и восстановления нормального режима работы сети требуется выполнение ряда действий. При этом, можно воспользоваться каким-либо известным способом распознавания и восстановления нормального режима работы сети, например, предложенным в прототипе. Необходимые для этого сигналы формируются блоком 25 ДБСС. Этот же блок используется для формирования недостающих входных сигналов в том случае, когда предполагается, что в устройстве автонастройки компенсации будут комбинироваться заявляемый способ с какими-либо другими (известными) способами (например со способом-прототипом). It should be noted that in conditions of fine-tuning the CAS and CES, a change in the ZZZ parameters, including restoration of the dielectric strength of the insulation, does not affect the first harmonics of the voltage and current in the network. Therefore, it is obvious that in order to recognize the fact of repairing the damage and restoring the normal operation of the network, a number of actions are required. In this case, you can use any known method of recognition and restoration of the normal mode of operation of the network, for example, proposed in the prototype. The necessary signals for this are generated by block 25 DBSS. The same block is used to form the missing input signals in the case when it is assumed that the inventive method will be combined with any other (known) methods in the auto-compensation device (for example, with the prototype method).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94006060A RU2074473C1 (en) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | Method for automatic control of compensation of capacitance and resistance constituents when arc short-circuits to earth occur |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94006060A RU2074473C1 (en) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | Method for automatic control of compensation of capacitance and resistance constituents when arc short-circuits to earth occur |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94006060A RU94006060A (en) | 1995-12-27 |
RU2074473C1 true RU2074473C1 (en) | 1997-02-27 |
Family
ID=20152753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94006060A RU2074473C1 (en) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | Method for automatic control of compensation of capacitance and resistance constituents when arc short-circuits to earth occur |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2074473C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2719632C1 (en) * | 2018-11-13 | 2020-04-21 | ОАО "Сетевая компания" | Device for automatic compensation of capacitance currents with balancing of phase voltages of network |
RU2748217C1 (en) * | 2020-08-26 | 2021-05-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Релематика" | Method for restoring current distorted due to saturation of current transformer |
-
1994
- 1994-02-22 RU RU94006060A patent/RU2074473C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 330509, кл. H 02 J 3/12, 1972. 2. Ефимов Ю.К., Обабков В.К. и др. Система автоматического подавления дуговых замыканий в сетях собственных нужд энергоблоков 500 МВт. - Электрические станции, 1992, N 5, с. 71 - 75. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2719632C1 (en) * | 2018-11-13 | 2020-04-21 | ОАО "Сетевая компания" | Device for automatic compensation of capacitance currents with balancing of phase voltages of network |
RU2748217C1 (en) * | 2020-08-26 | 2021-05-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Релематика" | Method for restoring current distorted due to saturation of current transformer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR0142026B1 (en) | Inverter protection device | |
US11128237B2 (en) | Electrically coupling a first electrical supply network to a second electrical supply network | |
US11307265B2 (en) | Earth leakage circuit breaker | |
CN101373931B (en) | Method and apparatus for stabilizing voltage of intermediate circuit of frequency converter | |
US20130286695A1 (en) | Controller for an inverter circuit, inverter, and method for operating an inverter | |
US4704570A (en) | Power controller | |
RU2074473C1 (en) | Method for automatic control of compensation of capacitance and resistance constituents when arc short-circuits to earth occur | |
CN106356878B (en) | Interphase load transfer method based on waveform fitting | |
US20140347101A1 (en) | Optimal hvdc by-pass point-on-wave inductive load switching | |
EP1204198B1 (en) | Method and system for detecting a zero current level in a line commutated converter | |
EP1290781B1 (en) | Method for controlling the starting of an ac induction motor utilizing closed loop alpha control | |
US2247506A (en) | Control system for electric translating devices | |
Redmann et al. | Current Limitation Methods during Grid Faults for Power Converters with Fictitious Synchronous Generator Control | |
RU2130677C1 (en) | Method and device for automatic adjustment of blow-out reactor | |
JP2001005541A (en) | Automatic voltage adjusting device | |
RU2072604C1 (en) | Method for suppression of arc short circuits to earth in load windings and supplying transformers of three- phase supply line with non-grounded neutral wire | |
US2169853A (en) | Supervision of electric systems | |
SU1390704A1 (en) | Device for automatic adjustment of arc-suppression plunger reactor | |
SU1265912A1 (en) | Device for protection of reactor | |
SU1053207A1 (en) | Method of field-loss protection of synchronous machine | |
SU1436174A1 (en) | Arrangement for diffenrential overcurrent protection of synchronous a.c. frequency-started generator | |
SU1714782A1 (en) | Dc electric drive unit | |
SU1200359A1 (en) | Device for differential protection of power transformer | |
US2151093A (en) | Control system for synchronous machines | |
RU2266600C1 (en) | Device for automatic tuning of adjustable-gap arc-control reactor correction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100223 |