RU2410252C2

RU2410252C2 - Device of transverse capacitance compensation

Info

Publication number: RU2410252C2
Application number: RU2009104683/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Серебряков (RU); Александр Сергеевич Серебряков; Леонид Абрамович Герман (RU); Леонид Абрамович Герман; Владимир Николаевич Козлов (RU); Владимир Николаевич Козлов; Ирина Анатольевна Балуева (RU); Ирина Анатольевна Балуева
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2011-01-27
Also published as: RU2009104683A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to devices of transverse capacitance compensation in traction AC network of 25 kV system. Device of transverse capacitance compensation in traction AC network of 25 kV comprises single-phase capacitor battery connected to buses via the first breaker with drive, reactor to avoid resonant events, damping resistor with its shunting thyristor switch and second breaker with drive. Reduction of overvoltage is carried out by increase of damping resistor value and shunting of its current.

EFFECT: device reliability improvement.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока системы 25 кВ.The invention relates to the electric power industry, in particular to transverse capacitive compensation devices in a traction AC network of a 25 kV system.

Известно устройство поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока 25 кВ [1, рис.9 - прототип], содержащее однофазную конденсаторную батарею, подключенную к шинам через первый выключатель с приводом, реактор для ограничения резонансных явлений, демпфирующий резистор, зашунтированный вторым выключателем с приводом и подключенный одним выводом к реактору, а другим выводом через трансформатор тока к земле, кнопки включения и отключения устройства.A device for lateral capacitive compensation in a traction network of alternating current 25 kV [1, Fig. 9 is a prototype], containing a single-phase capacitor bank connected to the buses through the first switch with a drive, a reactor to limit resonance phenomena, a damping resistor, shunted by a second switch with a drive and connected with one terminal to the reactor, and the other terminal through a current transformer to the ground, the on / off button of the device.

Недостаток устройства состоит в том, что при включении КУ демпфирующий резистор не обеспечивает эффективное снижение перенапряжений на конденсаторах. В частности, перенапряжения на конденсаторах снижаются до 1, 4 от номинального напряжения при самых неблагоприятных условиях момента включения [2, стр.120] и до 1, 2 от номинального напряжения - в большинстве случаев [1]. При таких перенапряжениях надежность конденсаторов резко снижается.The disadvantage of this device is that when you turn on the KU, the damping resistor does not provide an effective reduction of overvoltages on the capacitors. In particular, overvoltages on capacitors decrease to 1, 4 from the rated voltage under the most unfavorable conditions of the switching moment [2, p. 120] and to 1, 2 from the rated voltage - in most cases [1]. With such overvoltages, the reliability of capacitors decreases sharply.

Известны устройства [3, 4], снижающие перенапряжения при включении КУ, однако эффективность их также недостаточна для обеспечения надежной работы конденсаторов.Known devices [3, 4], which reduce overvoltage when switching on the KU, however, their effectiveness is also insufficient to ensure reliable operation of capacitors.

Цель изобретения - повысить надежность КУ путем снижения перенапряжения на конденсаторах при включении КУ.The purpose of the invention is to increase the reliability of the KU by reducing the overvoltage on the capacitors when the KU is turned on.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство поперечной емкостной компенсации, содержащее однофазную конденсаторную батарею, подключенную к шинам питания через первый выключатель с приводом, реактор для ограничения резонансных явлений, демпфирующий резистор, зашунтированный вторым выключателем с приводом и подключенный одним выводом к реактору, а другим выводом через трансформатор тока к земле, кнопки включения и отключения устройства, введены тиристорный двунаправленный ключ с его блоком управления, два усилителя для включения первого и второго выключателей, два RS-триггера, датчик прохождения тока через нуль, два синхронизатора положительных и отрицательных полупериодов тока, счетчик импульсов, элемент И, причем тиристорный ключ подключен параллельно демпфирующему резистору, два входа блока управления соединены соответственно с выходами синхронизаторов положительных и отрицательных полупериодов, а его третий вход соединен с выходом элемента И, вторичная обмотка трансформатора тока подключена к входам синхронизаторов положительных и отрицательных полупериодов тока и к входу датчика прохождения тока через нуль, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов и к первому входу элемента И, кнопки Пуск и Стоп подключены соответственно к входам S и R первого RS триггера, прямой выход которого через первый усилитель соединен с приводом первого управляемого выключателя, а инверсный выход соединен с R-входом второго RS-триггера и вторым входом счетчика импульсов, выход счетчика импульсов подключен к S-входу второго RS-триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента И и через второй усилитель с приводом второго управляемого выключателя.This goal is achieved by the fact that in the transverse capacitive compensation device containing a single-phase capacitor bank connected to the power bus through the first switch with a drive, a reactor for limiting resonance phenomena, a damping resistor shunted by a second switch with a drive and connected with one output to the reactor and the other the output through the current transformer to the ground, the on and off buttons of the device, a bi-directional thyristor key with its control unit, two amplifiers for switching on the first and second switches, two RS-flip-flops, a sensor for passing current through zero, two synchronizers of positive and negative half-periods of the current, a pulse counter, element And, with the thyristor switch connected in parallel with a damping resistor, two inputs of the control unit are connected respectively to the outputs of the synchronizers positive and negative half-periods, and its third input is connected to the output of the And element, the secondary winding of the current transformer is connected to the inputs of the synchronizers positive and negative periods of current and to the input of the zero-current sensor, the output of which is connected to the first input of the pulse counter and to the first input of the And element, the Start and Stop buttons are connected respectively to the S and R inputs of the first RS trigger, the direct output of which through the first amplifier is connected to the drive the first controlled switch, and the inverse output is connected to the R-input of the second RS-trigger and the second input of the pulse counter, the output of the pulse counter is connected to the S-input of the second RS-trigger, the output of which is connected to the second input of the And element and through a second amplifier driven by a second controllable switch.

Такое выполнение схемы обеспечивает практическое исключение перенапряжений на конденсаторах при включении КУ по двум причинам:This embodiment of the circuit provides the practical exclusion of overvoltages on capacitors when switching on the KU for two reasons:

1. На первом этапе КУ включается через демпфирующий резистор, значение которого в этой схеме можно увеличить до 70…90 Ом (в существующих схемах этот резистор имеет значение, близкое к 50 Ом [1, 2]). Как показали исследования, в этом случае практически исключаются перенапряжения на первом этапе включения.1. At the first stage, the switchgear is switched on through a damping resistor, the value of which in this circuit can be increased to 70 ... 90 Ohms (in existing circuits, this resistor has a value close to 50 Ohms [1, 2]). As studies have shown, in this case, overvoltage at the first stage of switching on is practically eliminated.

2. На втором этапе включения с помощью тиристорного ключа демпфирующий резистор шунтируется в момент прохождения тока через нуль (и это - главное в изобретении). В этом случае процесс включения КУ происходит практически без перенапряжений (см. фиг.2).2. At the second stage of switching on using a thyristor switch, the damping resistor is bridged at the moment the current passes through zero (and this is the main thing in the invention). In this case, the process of switching on the KU occurs almost without overvoltage (see figure 2).

На фиг.1 приведена структурная схема устройства.Figure 1 shows the structural diagram of the device.

Устройство содержит первый управляемый выключатель 1 с приводом, конденсатор 2 для компенсации реактивной мощности, реактор 3, демпфирующий резистор 4, датчик тока 5, второй управляемый выключатель 6 с приводом, тиристорный двунаправленный ключ 7, первый RS-триггер 8, усилитель 9, второй RS-триггер 10, второй усилитель 11, блок 12 управления тиристорным двунаправленным ключом, датчик 13 прохождения тока через нуль, счетчик 14 импульсов, элемент И 15, синхронизатор 16 положительных полупериодов тока, синхронизатор 17 отрицательных полупериодов тока, кнопка 18 Пуск и кнопка 19 Стоп.The device comprises a first controllable switch 1 with a drive, a capacitor 2 for reactive power compensation, a reactor 3, a damping resistor 4, a current sensor 5, a second controllable switch 6 with a drive, a thyristor bi-directional switch 7, the first RS-trigger 8, an amplifier 9, and a second RS trigger 10, second amplifier 11, thyristor bi-directional key control unit 12, zero-current sensor 13, pulse counter 14, element 15, synchronizer 16 positive half-cycles of current, synchronizer 17 negative half-periods of current, button and 18 Start and Stop button 19.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В исходном состоянии перед включением установки первый RS-триггер 8 находится в нулевом (сброшенном) состоянии: напряжение на его прямом выходе имеет низкий потенциал, т.е. на его прямом выходе сигнал равен логическому нулю, а напряжение на инверсном выходе имеет высокий положительный потенциал, т.е. сигнал на инверсном выходе равен логической 1. Этот сигнал высокого уровня устанавливает и второй RS-триггер 10 в нулевое (сброшенное) состояние. Сигналы на входах усилителей 9 и 11 управления выключателями 1 и 6 отсутствуют и выключатели 1 и 6 находятся в выключенном состоянии. Счетчик 14 также находится в нулевом состоянии, т.е. сигнал на его выходе равен нулю.In the initial state, before turning on the installation, the first RS-trigger 8 is in the zero (reset) state: the voltage at its direct output has a low potential, i.e. at its direct output, the signal is logical zero, and the voltage at the inverse output has a high positive potential, i.e. the signal at the inverse output is logical 1. This high-level signal sets the second RS-trigger 10 to the zero (reset) state. The signals at the inputs of amplifiers 9 and 11 control switches 1 and 6 are absent and switches 1 and 6 are in the off state. The counter 14 is also in the zero state, i.e. the signal at its output is zero.

При подаче единичного сигнала от кнопки Пуск 18 или от системы автоматического управления на вход S первого RS-триггера 8 этот триггер переходит из нулевого состояния в единичное состояние. На его прямом выходе появляется сигнал 1, который через усилитель 9 включает первый выключатель 1. Сигнал на инверсном выходе первого RS-триггера становится равным нулю, т.е. восстанавливающий сигнал с входа R второго RS-триггера 10 снимается, но он по-прежнему остается в нулевом состоянии. Одновременно снимается и сигнал обнуления с входа счетчика 14 и разрешается его работа в счетном режиме.When a single signal is supplied from the Start button 18 or from the automatic control system to the input S of the first RS-trigger 8, this trigger switches from the zero state to the single state. At its direct output, signal 1 appears, which, through amplifier 9, turns on the first switch 1. The signal at the inverse output of the first RS flip-flop becomes zero, i.e. the recovery signal from the input R of the second RS-trigger 10 is removed, but it still remains in the zero state. At the same time, the zeroing signal is also removed from the input of the counter 14 and its operation in the counting mode is allowed.

После включения выключателя 1 начинается переходный процесс в силовой цепи, состоящей из конденсатора 2, индуктивного реактора 3 и демпфирующего резистора 4, в течение которого конденсатор 2 заряжается практически до своего номинального напряжения, превосходящего амплитудное значение питающего напряжения примерно в 1,1 раза. Демпфирующий резистор 4 ограничивает в переходном режиме амплитуду тока и амплитуду напряжения на конденсаторе 2. После того как конденсатор 2 зарядится до указанного выше напряжения, а это происходит, как показали исследования, через два полных полупериода питающего напряжения, демпфирующий резистор больше не требуется и его следует зашунтировать, обеспечив штатный режим установки компенсации реактивной мощности. Чтобы не вызвать больших перенапряжений на конденсаторе 2, шунтирование демпфирующего резистора, как показали исследования, следует производить в момент прохождения тока через нуль.After turning on the switch 1, a transient process begins in the power circuit, consisting of a capacitor 2, an inductive reactor 3 and a damping resistor 4, during which the capacitor 2 is charged almost to its rated voltage, which exceeds the amplitude value of the supply voltage by about 1.1 times. The damping resistor 4 limits the amplitude of the current and the amplitude of the voltage across the capacitor 2 in transient mode. After the capacitor 2 is charged to the voltage indicated above, and studies have shown that after two full half-periods of the supply voltage, the damping resistor is no longer required and should be bypass, providing the normal mode of installation of reactive power compensation. In order not to cause large overvoltages on the capacitor 2, shunting of the damping resistor, as shown by studies, should be performed at the moment the current passes through zero.

Момент прохождения тока через нуль определяет датчик 13 перехода тока через нуль. На выходе датчика 13 в момент прохождения тока через нуль появляется кратковременный единичный сигнал, который подается на вход счетчика импульсов 14. Как только счетчик импульсов отсчитает три импульса тока, на выходе счетчика появляется единичный сигнал. Количество импульсов перехода через нуль выбрано равным трем по следующим соображениям. Поскольку выключатель 1 включается несинхронно и может включиться при любой начальной фазе питающего напряжения, то первый переход через нуль возможен при очень малой длительности первой неполной полуволны тока.The moment of passage of current through zero determines the sensor 13 transition of current through zero. At the output of the sensor 13, at the moment the current passes through zero, a short-term single signal appears, which is fed to the input of the pulse counter 14. As soon as the pulse counter counts three current pulses, a single signal appears at the output of the counter. The number of zero-crossing pulses was chosen equal to three for the following reasons. Since the switch 1 turns on non-synchronously and can turn on at any initial phase of the supply voltage, the first zero transition is possible with a very short duration of the first incomplete half-wave current.

Чтобы две полуволны были полные, первая из них не учитывается и счетчик 14 импульсов настраивается на три импульса. Как только с датчика 13 прохождения тока через нуль поступит третий импульс, на выходе счетчика 14 появится единичный сигнал, который устанавливает второй RS-триггер 10 в единичное состояние и на первом входе элемента И 15 появляется единичный сигнал. На втором входе этого элемента И также присутствует единичный сигнал с выхода датчика 13 прохождения тока через нуль. С выхода элемента И 15 единичный логический сигнал поступает на первый вход блока управления 12 тиристорным двунаправленным ключом. Блок управления 12 подает управляющий сигнал на тот тиристор, анод которого имеет положительный потенциал по отношению к катоду. Это обеспечивается сигналами, поступающими с синхронизаторов 16 и 17 положительной и отрицательной полярностей.In order for two half-waves to be complete, the first of them is not taken into account and the counter of pulses 14 is tuned to three pulses. As soon as the third pulse arrives from the sensor 13 of the current passing through zero, a single signal appears at the output of the counter 14, which sets the second RS-trigger 10 to a single state and a single signal appears at the first input of the And 15 element. At the second input of this element And there is also a single signal from the output of the sensor 13 for the passage of current through zero. From the output of element And 15, a single logical signal is supplied to the first input of the control unit 12 with a thyristor bi-directional key. The control unit 12 supplies a control signal to the thyristor, the anode of which has a positive potential with respect to the cathode. This is provided by the signals coming from the synchronizers 16 and 17 of positive and negative polarities.

Теоретически в момент прохождения тока через нуль напряжение на демпфирующем резисторе будет равно нулю, но практически импульс на выходе датчика 13 имеет определенную длительность. Он начинается за несколько микросекунд до момента прохождения тока через нуль и заканчивается через несколько микросекунд после прохождения тока через нуль. Это обеспечивает надежное включение тиристоров в первый момент начала увеличения тока. При следующем прохождении тока через нуль включается другой тиристор. Далее процесс повторяется и демпфирующий резистор шунтируется двунаправленным тиристорным ключом каждый раз при прохождении тока через нуль. Одновременно с первым включением тиристорного ключа единичный сигнал с выхода второго RS-триггера подается на вход второго усилителя 11, что приводит через некоторое время к включению второго механического выключателя 6. Блок-контакт второго выключателя 6 (на схеме не показан) после его включения снимает импульсы управления с тиристорного двунаправленного ключа.Theoretically, at the moment the current passes through zero, the voltage at the damping resistor will be zero, but practically the pulse at the output of the sensor 13 has a certain duration. It starts a few microseconds before the current passes through zero and ends a few microseconds after the current passes through zero. This provides a reliable inclusion of thyristors at the first moment of the beginning of the increase in current. The next time the current passes through zero, another thyristor is turned on. Then the process is repeated and the damping resistor is shunted by a bi-directional thyristor switch each time the current passes through zero. Simultaneously with the first turn on of the thyristor switch, a single signal from the output of the second RS-flip-flop is fed to the input of the second amplifier 11, which leads after a while to turn on the second mechanical switch 6. The block contact of the second switch 6 (not shown in the diagram) takes off pulses after it is turned on control with a thyristor bidirectional key.

Итак, система компенсации реактивной мощности включена в работу в штатном режиме и выполняет свои функции.So, the reactive power compensation system is included in the normal operation and performs its functions.

В качестве выключателя 6 используют быстродействующие вакуумные выключатели (контакторы) на 10 кВ. Номинальные параметры тиристорного ключа - 10 кВ и 150 А. Схемы тиристорных ключей известны (например, [5]).As switch 6, high-speed vacuum switches (contactors) of 10 kV are used. The nominal parameters of the thyristor switch are 10 kV and 150 A. Schemes of thyristor switches are known (for example, [5]).

Рассмотрим процесс отключения КУ.Consider the process of disabling KU.

При поступлении на вход R первого RS-триггера 8 единичного сигнала от кнопки 19 Стоп или от системы управления RS-триггер 8 переходит из единичного в нулевое состояние и выключатель 1 выключается. В качестве управляемого выключателя 1 применяют вакуумные выключатели [2], которые надежно отключают емкостные токи КУ.When the input of the first RS-flip-flop 8 of a single signal from the button 19 Stop or from the control system, the RS-flip-flop 8 switches from a single to zero state and the switch 1 is turned off. As a controlled switch 1, vacuum switches [2] are used, which reliably disconnect capacitive currents of the KU.

На инверсном выходе первого RS-триггера 8 появляется единичный сигнал, который сбрасывает в нулевое состояние счетчик 14 и второй RS-триггер 10, после чего второй выключатель 6 также выключается.At the inverse output of the first RS-flip-flop 8, a single signal appears, which resets counter 14 and the second RS-flip-flop 10 to zero, after which the second switch 6 also turns off.

Таким образом, схема приведена в исходное состояние и готова к новому включению КУ, после которого процессы повторятся в уже изложенной выше последовательности.Thus, the circuit is restored to its initial state and is ready for a new switching on of the control unit, after which the processes will be repeated in the sequence already described above.

Технико-экономический эффект обеспечивается за счет повышения надежности работы оборудования КУ, и прежде всего - конденсаторов, в связи с отсутствием перенапряжений на них при включении КУ.The technical and economic effect is ensured by increasing the reliability of the KU equipment, and above all, the capacitors, due to the lack of overvoltage on them when the KU is turned on.

Источники информацииInformation sources

1. Серебряков А.С., Герман Л.А., Козлов В.Н. Снижение коммутационных перенапряжений в установках поперечной емкостной компенсации. Наука и техника транспорта (НТТ), №2 - 2007, М.: РГОТУПС, с.46-54.1. Serebryakov A.S., German L.A., Kozlov V.N. Reduced switching overvoltage in transverse capacitive compensation installations. Science and technology of transport (NTT), No. 2 - 2007, M .: RGOTUPS, p. 46-54.

2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1983. - 183 с.2. Borodulin BM, German L.A., Nikolaev G.A. Condenser installations of electrified railways. - M .: Transport, 1983. - 183 p.

3. А.С. №838891.3. A.S. No. 838891.

4. Полезная модель №74860.4. Utility model No. 74860.

5. Дзюбин И.И. Тиристоры в электрических схемах. М.: Энергия - 1972.5. Dzyubin I.I. Thyristors in electrical circuits. M .: Energy - 1972.

Claims

A transverse capacitive compensation device comprising a single-phase capacitor bank connected to power buses through a first switch with a drive, a reactor for limiting resonance phenomena, a damping resistor shunted by a second switch with a drive and connected by one terminal to the reactor and the other terminal through the primary winding of the current transformer to ground, buttons to turn on and off the device, characterized in that a bi-directional thyristor key with its control unit, two amplifiers for switching on of the first and second switches, two RS-flip-flops, a sensor for passing current through zero, two synchronizers of positive and negative half-periods of current, a pulse counter, element And, with the thyristor switch connected in parallel with a damping resistor, the output of the control unit connected to the input of the thyristor bi-directional switch, two the input of the control unit are connected respectively to the outputs of the synchronizers of positive and negative half-cycles, and its third input is connected to the output of the element And, the secondary winding trans The current format is connected to the inputs of the synchronizers of positive and negative half-periods of the current and to the input of the current passing through zero sensor, the output of which is connected to the first input of the pulse counter and to the first input of the And element, the “Start” and “Stop” buttons are connected respectively to the S and R inputs the first RS-trigger, the direct output of which through the first amplifier is connected to the drive of the first controllable switch, and the inverse output is connected to the R-input of the second RS-trigger and the second input of the pulse counter, the pulse counter output is connected ene to the S-input of the second RS-trigger whose output is connected to a second input of AND gate and via a second amplifier to drive the second controlled switch.