RU2806893C1 - Method for compensating capacitive currents in electrical networks with isolated neutral - Google Patents

Method for compensating capacitive currents in electrical networks with isolated neutral Download PDF

Info

Publication number
RU2806893C1
RU2806893C1 RU2023108249A RU2023108249A RU2806893C1 RU 2806893 C1 RU2806893 C1 RU 2806893C1 RU 2023108249 A RU2023108249 A RU 2023108249A RU 2023108249 A RU2023108249 A RU 2023108249A RU 2806893 C1 RU2806893 C1 RU 2806893C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zero
sequence voltage
current
neutral
measured
Prior art date
Application number
RU2023108249A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Степан Георгиевич Тигунцев
Николай Алексеевич Вишняков
Дарья Андреевна Шагдыр
Иван Алексеевич Коновалов
Ирина Николаевна Бархатова
Константин Витальевич Шафаревич
Дмитрий Алексеевич Вишняков
Илья Петрович Аракшинов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ")
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2806893C1 publication Critical patent/RU2806893C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention is aimed to increase the efficiency of voltage reduction at the point of a single-phase short circuit (SSC). It is achieved by the fact that in the method of compensating capacitive currents in electrical networks with an isolated neutral, a single-phase active resistance is first briefly connected to the bus section, the current in the resistance and the zero-sequence voltage on the section in the voltage transformer are measured, the network resistance set point is formed relative to the section buses, the set point is stored in electronic control unit of the compensating device. When a short-circuit fault occurs at one of the connections of the section, the zero-sequence voltage is measured, and a current in the neutral is automatically formed in the current source as the ratio of the module of the measured zero-sequence voltage to the set point, lagging behind the zero-sequence voltage by 90 degrees. The changed zero-sequence voltage is measured again, a new value of the total current in the neutral is formed in the current source as the ratio of the measured complex zero-sequence voltage to the setting, then the process of forming the total current in the neutral is iteratively repeated until the difference between the modules of the measured zero-sequence voltage and the previous measured zero-sequence voltage will not be less than a specified value, for example 1%.
EFFECT: increase the efficiency of voltage reduction at the point of a single-phase short circuit.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used for automatic adjustment of compensation for capacitive ground fault currents in electrical networks with an isolated neutral.

Задача снижения тока и гашения электрической дуги в месте однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в сетях 6-35 кВ традиционно решается с помощью дугогасящих реакторов (катушек индуктивности), включаемых между нейтралью сети и землей [Вильгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. М.: Госэнергоиздат, 1959. 416 с.]. Однако это решение, основанное на компенсации только емкостной составляющей тока ОЗЗ противоположно направленной индуктивной составляющей тока, создаваемой дугогасящим реактором (ДГР), дает хорошие практические результаты только на одной частоте и при отсутствии существенных потерь. В реальных сетях, где токи ОЗЗ большие и превышают, например, 100 А, остаточный, не скомпенсированный ДГР ток в месте ОЗЗ, обусловленный потерями, гармониками и неидеальной настройкой ДГР, может превышать 5 А и поддерживать горение электрической дуги в месте ОЗЗ. При этом расстройка ДГР (допускается 5% от номинального тока ДГР) может вызвать остаточный ток, способный поддерживать дугу в месте ОЗЗ. Значение тока, при котором возможно устойчивое горение дуги в месте замыканияс (5 А), определено в результате всесторонних исследований и зафиксировано в нормативных документах [Лихачев Ф.А. Инструкция по выбору, установке и эксплуатации дугогасящих катушек. М.: Энергия, 1971. 106 с. и Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей: утв. Приказом Минэнерго России от 13 января 2003 г. № 6. М.: Энергосервис, 2003]. Таким образом, в сетях с током ОЗЗ 100 А и более ДГР не является гарантирующим средством гашения дуги, так как остаточный ток может превышать значение 5 А. Это означает, что ДГР большой мощности оказываются неэффективными, т. к. не выполняют в полной мере свою основную функцию гашения дуги в месте ОЗЗ.The problem of reducing the current and extinguishing the electric arc at the site of a single-phase ground fault (SGC) in 6-35 kV networks is traditionally solved using arc suppression reactors (inductors) connected between the network neutral and the ground [Wilheim R., Waters M. Grounding the neutral in high voltage systems. M.: Gosenergoizdat, 1959. 416 p.]. However, this solution, based on compensation of only the capacitive component of the SGC current to the oppositely directed inductive current component created by the arc suppression reactor (AHR), gives good practical results only at one frequency and in the absence of significant losses. In real networks, where the SGC currents are large and exceed, for example, 100 A, the residual, not compensated by the GDR current at the SGC location, due to losses, harmonics and non-ideal settings of the SGC, can exceed 5 A and support the burning of an electric arc at the SGC location. In this case, a detuning of the DGR (5% of the rated current of the DGR is allowed) can cause a residual current capable of maintaining an arc in the area of the residual current. The current value at which stable arcing at the fault point is possible (5 A) was determined as a result of comprehensive research and is recorded in regulatory documents [Likhachev F.A. Instructions for selecting, installing and operating arc suppression coils. M.: Energy, 1971. 106 p. and Rules for the technical operation of consumer electrical installations: approved. By Order of the Ministry of Energy of Russia dated January 13, 2003 No. 6. M.: Energoservis, 2003]. Thus, in networks with a current of 100 A or more, the DGR is not a guaranteeing means of extinguishing the arc, since the residual current can exceed 5 A. This means that high-power DGRs turn out to be ineffective, because they do not fully fulfill their purpose. the main function of extinguishing the arc at the site of the short-circuit fault.

Известны способы настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю на основе экстремального или фазового методов регулирования индуктивности дугогасящего реактора (ДГР), реализуемые путем непрерывного контроля в нормальном режиме сети напряжения или тока контура нулевой последовательности (КНП) сети и косвенного анализа его амплитудной или фазовой характеристик [Обабков В.К. Совершенствование фазового способа автоматического поддержания условий компенсации емкостных токов в кабельных сетях 6-35 кВ // Электричество, 1989, №1].There are known methods for setting up compensation for capacitive ground fault currents based on extreme or phase methods of regulating the inductance of an arc suppression reactor (ARR), implemented by continuous monitoring in normal mode of the network voltage or current of the zero sequence circuit (ZNC) of the network and indirect analysis of its amplitude or phase characteristics [ Obabkov V.K. Improving the phase method for automatically maintaining the conditions for compensation of capacitive currents in cable networks 6-35 kV // Electricity, 1989, No. 1].

Система на основе указанных способов настройки работоспособна лишь вблизи точки равновесия, соответствующей резонансу регулируемого контура, когда имеют место наиболее благоприятные условия для формирования информационной координаты. С целью обеспечения работоспособности в расширенном диапазоне изменения параметров контура используют искусственное смещение нейтрали и принимают меры по стабилизации общего коэффициента передачи. Поскольку в ходе эксплуатации параметры КНП сети могут существенно меняться в ту или иную сторону, то с целью исключения потери управляемости предусматривают периодическую поверку емкостных токов и корректировку точности настройки системы, производимую, как правило, вручную и с кратковременным прерыванием электроснабжения.A system based on these tuning methods is operational only near the equilibrium point corresponding to the resonance of the controlled circuit, when the most favorable conditions for the formation of an information coordinate occur. In order to ensure operability in an extended range of changes in circuit parameters, an artificial neutral offset is used and measures are taken to stabilize the overall transmission coefficient. Since during operation the parameters of the network’s control parameters can significantly change in one direction or another, in order to avoid loss of controllability, periodic verification of capacitive currents and adjustment of the accuracy of system settings is provided, usually done manually and with a short-term interruption of power supply.

Данная система при всех указанных мерах остается чувствительной к добротности регулируемого контура. При низкой добротности КНП сети из-за низкого уровня и сильного зашумления контрольного сигнала возможна полная потеря управляемости.With all these measures, this system remains sensitive to the quality factor of the controlled circuit. With a low quality factor of the network control signal, a complete loss of controllability is possible due to the low level and high noise of the control signal.

Другой недостаток определяется трудностями обеспечения устойчивости следящей системы с явно нелинейным звеном привода в управляющем контуре, проявляющимся многократными переключениями ДГР при выходе в точку равновесия. При неблагоприятном сочетании параметров в регулируемом контуре могут возникать автоколебания, приводящие к ускоренному износу электромеханической системы, что недопустимо по условиям эксплуатации ДГР.Another drawback is determined by the difficulties of ensuring the stability of a servo system with a clearly nonlinear drive link in the control circuit, which manifests itself in multiple switching of the DGR when reaching the equilibrium point. If there is an unfavorable combination of parameters in the controlled circuit, self-oscillations may occur, leading to accelerated wear of the electromechanical system, which is unacceptable under the operating conditions of the DGR.

Известен способ настройки, по которому контролируют напряжение и ток в цепи КНП сети, создаваемого искусственно с помощью источника опорного тока, и выделяют характеристическую величину, пропорциональную изменению регулируемого параметра [А.с. 1443077, RU. Гумин М.И. Способ настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях. Опубл. в БИ45, 1988.]. Данный способ менее зависим от параметров регулируемого контура. Он предусматривает устойчивую работу в расширенном диапазоне изменения индуктивности ДГР и предполагает выход на заданный режим компенсации с меньшим числом переключений привода. Однако указанная разрешающая способность достигается лишь в случае применения энергоемкого источника опорного тока, функционирующего в непрерывном режиме с целью обеспечения благоприятных условий для выделения информационной координаты. Этот недостаток усугубляется в случае применения данного способа в сетях с комбинированным режимом заземления нейтрали с пониженной добротностью КНП сети, поскольку установленная мощность опорного источника оказывается соизмеримой с мощностью установленного регулируемого объекта. По этой причине данный способ имеет ограниченное применение.There is a known tuning method by which the voltage and current in the circuit of the PSC network, created artificially using a reference current source, are controlled, and a characteristic value proportional to the change in the controlled parameter is isolated [A.s. 1443077, RU. Gumin M.I. A method for setting compensation for capacitive ground fault current in electrical networks. Publ. in BI45, 1988]. This method is less dependent on the parameters of the controlled circuit. It provides stable operation in an extended range of changes in the inductance of the DGR and assumes reaching a given compensation mode with a smaller number of drive switchings. However, this resolution is achieved only if an energy-intensive reference current source is used, operating in a continuous mode in order to provide favorable conditions for isolating the information coordinate. This drawback is aggravated when this method is used in networks with a combined neutral grounding mode with a reduced quality factor of the network's QNP, since the installed power of the reference source turns out to be commensurate with the power of the installed regulated object. For this reason, this method has limited use.

Известен способ, реализованный в устройстве для автоматической настройки дугогасящего реактора, где одним из контролируемых параметров, по результатам измерения которого производится регулирование индуктивности реактора, является его ток [Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией емкостных токов.- М.: Энергия, 1971, с. 107-108].There is a known method implemented in a device for automatically adjusting an arc suppression reactor, where one of the controlled parameters, based on the measurement results of which the reactor inductance is regulated, is its current [Likhachev F.A. Ground faults in networks with an isolated neutral and compensation of capacitive currents. - M.: Energia, 1971, p. 107-108].

Однако указанный принцип регулирования неприменим при перемежающейся дуге, когда канал измерения параметров реактора блокируется и происходит период на регулирование с помощью блока настройки реактора при перемежающейся дуге с использованием параметров от измерительного трансформатора напряжения.However, this regulation principle is not applicable in the case of an intermittent arc, when the channel for measuring reactor parameters is blocked and a period of regulation occurs using a reactor tuning unit in an intermittent arc using parameters from the measuring voltage transformer.

Недостатком этого способа является также необходимость выбора логики управления в режиме замыкания на землю и связанное с этим недостаточное быстродействие, например, при кратковременных насыщениях дугогасящих реакторов, когда из-за наличия свободной составляющей магнитного потока в момент очередного зажигания дуги происходит смещение настройки в область перекомпенсации. Насыщение реакторов может происходить также в результате появления на нейтрали напряжения, повышенного относительно номинальных величин. Расстройки, связанные с насыщением, могут привести к значительному увеличению тока в месте повреждения при устойчивом горении дуги и к значительному увеличению перенапряжений при перемежающемся характере горения дуги. Причем требуемое время настройки в этих случаях желательно иметь как можно меньше. Так, опасные перенапряжения могут возникнуть уже спустя 0,02 с после очередного погасания дуги, т.е. за время, необходимое для известных устройств только для выявления характера горения дуги и перехода с одной логики управления на другую.The disadvantage of this method is also the need to select control logic in the ground fault mode and the associated insufficient performance, for example, during short-term saturation of arc suppression reactors, when due to the presence of a free component of the magnetic flux at the moment of the next arc ignition, the setting shifts to the overcompensation region. Saturation of reactors can also occur as a result of the appearance at the neutral of a voltage that is increased relative to the nominal values. Saturation-related detuning can lead to a significant increase in current at the fault site during a steady arc and to a significant increase in overvoltages during an intermittent arc. Moreover, the required setup time in these cases is desirable to be as short as possible. Thus, dangerous overvoltages can occur as early as 0.02 s after the next arc extinction, i.e. for the time required for known devices only to identify the nature of the arc and switch from one control logic to another.

Известен способ [патент RU № 2025016, опубл. 15.12.1994] в котором в режиме замыкания на землю измеряют токовый параметр дугогасящего реактора и изменяют ток компенсации в зависимости от этого параметра. В качестве токового параметра используют мгновенное значение тока реактора, которое сравнивают с уставкой, пропорциональной амплитудному значению тока реактора в ненасыщенном состоянии, и в случае превышения тока над уставкой изменяют ток компенсации пропорционально результату сравнения.There is a known method [patent RU No. 2025016, publ. 12/15/1994] in which, in the ground fault mode, the current parameter of the arc suppression reactor is measured and the compensation current is changed depending on this parameter. As a current parameter, the instantaneous value of the reactor current is used, which is compared with a setting proportional to the amplitude value of the reactor current in an unsaturated state, and if the current exceeds the setting, the compensation current is changed in proportion to the comparison result.

Предлагаемый способ отличается от известных введением в известный регулятор дополнительного канала управления по току дугогасящего реактора, который обеспечивает быстродействующее управление настройкой компенсации как в режиме перемежающегося, так и в режиме установившегося горения дуги.The proposed method differs from the known ones by introducing into the known regulator an additional control channel for the current of the arc suppression reactor, which provides high-speed control of the compensation setting in both intermittent and steady-state arc burning modes.

Повышение быстродействия объясняется тем, что в качестве параметра управления используется величина, непосредственно определяющая расстройку, ток компенсации, а не инерционно измеряемая степень расстройки компенсации. Поскольку реакция на действие строго определенного импульса возмущения более предсказуема, чем на сигнал произвольной формы, создаваемый при коммутации присоединений, то искусственное возмущение целесообразно предусматривать во всех случаях измерения собственной частоты. Данный способ может эффективно эксплуатироваться и в сетях с пониженной добротностью КНП, в частности в сетях с комбинированным режимом заземления, где системы компенсации на основе экстремального и фазового методов регулирования принципиально неработоспособны.The increase in performance is explained by the fact that the control parameter is the value that directly determines the detuning, the compensation current, and not the inertially measured degree of compensation detuning. Since the response to the action of a strictly defined disturbance pulse is more predictable than to a signal of arbitrary shape created when switching connections, it is advisable to provide for artificial disturbance in all cases of measuring the natural frequency. This method can also be effectively used in networks with a reduced quality factor of the PSC, in particular in networks with a combined grounding mode, where compensation systems based on extreme and phase control methods are fundamentally ineffective.

Недостатком способа является необходимость использования искусственного возмущения, что существенно усложняет техническую реализацию.The disadvantage of this method is the need to use artificial disturbance, which significantly complicates the technical implementation.

Известен способ, принятый за прототип [Патент RU 2663823, опубл. 10.08.2018, Бюл. № 22, ООО "НПП Бреслер" ], в котором в нормальном режиме работы сети измеряют напряжение смещения нейтрали относительно земли, сравнивают его с заданным пороговым уровнем и изменяют напряжение смещения нейтрали. При превышении напряжением смещения нейтрали напряжения заданного порогового уровня подают в нейтраль сети ток, регулируют его путем выравнивания напряжения смещения нейтрали с потенциалом земли, измеряют ток, запоминают и воспроизводят его. Указанное техническое решение предусматривает подключение к нейтрали управляемого источника с соответствующим алгоритмом регулирования тока, обеспечивающим полную нейтрализацию источника несимметрии.There is a known method adopted as a prototype [Patent RU 2663823, publ. 08/10/2018, Bulletin. No. 22, NPP Bresler LLC], in which, in normal network operation, the neutral bias voltage relative to the ground is measured, compared with a given threshold level, and the neutral bias voltage is changed. When the neutral bias voltage exceeds a given threshold level, a current is supplied to the network neutral, it is regulated by equalizing the neutral bias voltage with the ground potential, the current is measured, stored and reproduced. The specified technical solution involves connecting a controlled source to the neutral with an appropriate current control algorithm, ensuring complete neutralization of the source of asymmetry.

Регулирование напряжения смещения нейтрали осуществляется независимо от добротности контура нулевой последовательности сети. При этом устраняется составляющая тока замыкания на землю, обусловленная источником несимметрии сети.The neutral bias voltage is regulated independently of the quality factor of the zero-sequence circuit of the network. In this case, the component of the ground fault current caused by the source of network asymmetry is eliminated.

Недостатком указанного способа является необходимость измерения напряжения смещения нейтрали и изменения его до уровня порогового значения в нормальном режиме с помощью управляемого ДГР, необходимость использования регулируемого ДГР параллельно источнику тока в режиме ОЗЗ и возможность применения только в сетях с компенсированной нейтралью.The disadvantage of this method is the need to measure the neutral bias voltage and change it to the threshold value in normal mode using a controlled DGR, the need to use an adjustable DGR in parallel with the current source in the OZZ mode and the possibility of application only in networks with a compensated neutral.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками предлагаемого изобретения следующие:The features of the prototype that coincide with the essential features of the proposed invention are as follows:

• предварительно измеряют смещение нейтрали относительно земли (напряжение нулевой последовательности);• preliminary measure the displacement of the neutral relative to the ground (zero sequence voltage);

• сравнивают смещение нейтрали с заданным пороговым уровнем;• compare the neutral displacement with a given threshold level;

• при превышении напряжением смещения нейтрали напряжения заданного порогового уровня подают в нейтраль сети ток;• when the neutral bias voltage exceeds a specified threshold level, current is supplied to the network neutral;

• измеряют ток в нейтрали.• measure the current in the neutral.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности для снижении напряжения в точке ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью.The technical result of the proposed invention is to increase the efficiency of reducing the voltage at the point of protection in networks with an isolated neutral.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в том, что формируют нейтраль на секции шин, подключают между нейтралью и землей компенсирующее устройство, подают в нейтраль ток, регулируют его, согласно изобретения предварительно кратковременно подключают к секции однофазное активное сопротивление, измеряют ток в сопротивлении и напряжение нулевой последовательности на секции, формируют уставку сопротивления сети относительно шин секции как отношение модуля напряжения нулевой последовательности к модулю тока в сопротивлении, запоминают уставку в электронном блоке управления компенсирующего устройства - источника тока. При возникновении однофазного замыкания на землю на одном из присоединений секции, измеряют напряжение нулевой последовательности, автоматически формируют в источнике тока ток в нейтрали как отношение модуля измеренного напряжения нулевой последовательности к уставке, отстающий от напряжения нулевой последовательности на 90 градусов, далее повторно измеряют изменившееся напряжение нулевой последовательности, формируют в источнике тока новое значение полного тока в нейтрали, как отношение измеренного комплексного напряжения нулевой последовательности к уставке, далее итерационно повторяют процесс формирования полного тока в нейтрали, пока разность модулей измеренного напряжения нулевой последовательности и предыдущего измеренного напряжения нулевой последовательности не станет меньше заданного значения, например 1%.The technical result of the claimed invention is that a neutral is formed on the bus section, a compensating device is connected between the neutral and the ground, current is supplied to the neutral, it is regulated, according to the invention, a single-phase active resistance is first briefly connected to the section, the current in the resistance and the zero-sequence voltage are measured on the section, form the network resistance setting relative to the section buses as the ratio of the zero-sequence voltage module to the current module in the resistance, store the setting in the electronic control unit of the compensating device - the current source. If a single-phase ground fault occurs at one of the connections of the section, the zero-sequence voltage is measured, a current in the neutral is automatically generated in the current source as the ratio of the module of the measured zero-sequence voltage to the setting, lagging behind the zero-sequence voltage by 90 degrees, then the changed zero-sequence voltage is re-measured sequences, form a new value of the total current in the neutral in the current source, as the ratio of the measured complex zero-sequence voltage to the setting, then iteratively repeat the process of forming the total current in the neutral until the difference between the modules of the measured zero-sequence voltage and the previous measured zero-sequence voltage becomes less than the specified one values, for example 1%.

При наличии нескольких секций шин, соединенных электрически между собой предварительно одновременно кратковременно подключают к каждой секции однофазное активное сопротивление измеряют ток в каждом сопротивлении и напряжение нулевой последовательности на каждой секции, формируют уставку сопротивления сети относительно шин каждой секции.If there are several bus sections electrically connected to each other, first simultaneously briefly connect a single-phase active resistance to each section, measure the current in each resistance and the zero-sequence voltage on each section, and form a network resistance setting relative to the buses of each section.

Основные отличия заявляемого способа следующие:The main differences of the proposed method are as follows:

• предварительно одновременно кратковременно подключают к каждой секции однофазное активное сопротивление измеряют ток в каждом сопротивлении и напряжение нулевой последовательности на каждой секции, формируют уставку сопротивления сети относительно шин каждой секции;• first simultaneously briefly connect a single-phase active resistance to each section, measure the current in each resistance and the zero-sequence voltage in each section, form a network resistance setting relative to the buses of each section;

• запоминают уставку в электронном блоке управления компенсирующего устройства - источника тока;• remember the setting in the electronic control unit of the compensating device - the current source;

• при возникновении однофазного замыкания на землю на одном из присоединений секции, измеряют напряжение нулевой последовательности;• if a single-phase ground fault occurs at one of the section connections, measure the zero-sequence voltage;

• автоматически формируют в источнике тока ток в нейтрали как отношение модуля измеренного напряжения нулевой последовательности к уставке, отстающий от напряжения нулевой последовательности на 90 градусов;• the current in the neutral is automatically generated in the current source as the ratio of the module of the measured zero-sequence voltage to the setting, lagging behind the zero-sequence voltage by 90 degrees;

• повторно измеряют изменившееся напряжение нулевой последовательности, формируют в источнике тока новое значение полного тока в нейтрали, как отношение измеренного комплексного напряжения нулевой последовательности к уставке;• re-measure the changed zero-sequence voltage, form a new value of the total current in the neutral in the current source, as the ratio of the measured complex zero-sequence voltage to the set point;

• итерационно повторяют процесс формирования полного тока в нейтрали, пока разность модулей измеренного напряжения нулевой последовательности и предыдущего измеренного напряжения нулевой последовательности не станет меньше заданного значения;• iteratively repeat the process of forming the total current in the neutral until the difference between the magnitudes of the measured zero-sequence voltage and the previous measured zero-sequence voltage becomes less than a specified value;

• при наличии нескольких секций шин, соединенных электрически между собой предварительно одновременно кратковременно подключают к каждой секции однофазное активное сопротивление измеряют ток в каждом сопротивлении и напряжение нулевой последовательности на каждой секции, формируют уставку сопротивления сети относительно шин каждой секции.• if there are several bus sections electrically connected to each other, first simultaneously briefly connect a single-phase active resistance to each section, measure the current in each resistance and the zero-sequence voltage on each section, and form a network resistance setting relative to the buses of each section.

Наличие отличительных признаков, позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».The presence of distinctive features allows us to draw a conclusion about the compliance of the claimed invention with the patentability condition of “novelty”.

Из уровня техники не было выявлено источников, содержащих совокупность отличительных признаков заявляемого изобретения, а также не была установлена известность влияния отличительных признаков на достигаемый технический результат, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».From the prior art, no sources were identified containing a set of distinctive features of the claimed invention, and the influence of the distinctive features on the achieved technical result was not known, which allows us to conclude that the claimed invention complies with the patentability condition “inventive step”.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена трехфазная схема замещения сети с питающим присоединением, с тремя присоединениями потребителей, с нейтралеобразующим трансформатором (НОТ), источником тока и однофазной нагрузкой в резервной ячейке, на фиг.2 изображена схема источника тока.The essence of the proposed method is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a three-phase equivalent circuit of a network with a supply connection, with three consumer connections, with a neutral transformer (NOT), a current source and a single-phase load in a backup cell, Fig. 2 shows a current source diagram.

На схеме фиг.1 показаны трехфазный источник электрических мощностей 1 с нейтралью 2, соединенной с контуром заземления подстанции 3, который подключен к трехфазному силовому трансформатору 4 со схемой соединения обмоток «звезда-треугольник». Нейтраль «звезды» 5 трансформатора 4 соединена с контуром заземления подстанции 3. Выходы «треугольника» трансформатора 4 соединены с трехфазной системой шин 6, к которой подключены три трехфазных линии электропередачи 7, 8 и 9, с нагрузками потребителей 10, 11 и 12. К системе шин 6 подключен нейтралеобразующий трансформатор 24, в нейтраль 13 которого включен источник тока 14, соединенный с контуром заземления подстанции 3. К системе шин 6 подключен трансформатор напряжений 15. К источнику тока 14 подключен формирователь импульсов 16, подключенный к блоку управления 17, к которому подключены цепь трансформатора напряжения 15 и блок формирования уставки 18. К одной фазе системы шин 6 подключено активное сопротивление 19 через выключатель 20, соединенное с контуром заземления 3 подстанции. В цепь активного сопротивления 19 включен трансформатор тока 21, выход которого подключен к блоку формирования уставки18.The diagram of Fig. 1 shows a three-phase source of electrical power 1 with a neutral 2 connected to the ground loop of the substation 3, which is connected to a three-phase power transformer 4 with a star-delta winding connection diagram. The neutral of the "star" 5 of the transformer 4 is connected to the grounding circuit of the substation 3. The outputs of the "triangle" of the transformer 4 are connected to a three-phase bus system 6, to which three three-phase power lines 7, 8 and 9 are connected, with consumer loads 10, 11 and 12. To The bus system 6 is connected to a neutral-forming transformer 24, in the neutral 13 of which a current source 14 is connected, connected to the ground loop of the substation 3. A voltage transformer 15 is connected to the bus system 6. A pulse shaper 16 is connected to the current source 14, connected to a control unit 17, to which the voltage transformer circuit 15 and the setpoint generating unit 18 are connected. An active resistance 19 is connected to one phase of the bus system 6 through a switch 20 connected to the ground loop 3 of the substation. The active resistance circuit 19 includes a current transformer 21, the output of which is connected to the setpoint generation unit 18.

На фиг.2 показана схема регулируемого источника тока 14. Сигнал от блока управления 17 подают в формирователь импульсов 16. В формирователе импульсов 16 создают управляющие сигналы, которые подают на биполярные транзисторы 22 источника тока 14. Транзисторы 22 мгновенно реагируют на управляющие сигналы и, используя реактора 23, создают компенсирующий ток источника тока.Figure 2 shows a diagram of an adjustable current source 14. The signal from the control unit 17 is supplied to the pulse shaper 16. In the pulse shaper 16, control signals are created that are supplied to bipolar transistors 22 of the current source 14. Transistors 22 instantly respond to control signals and, using reactor 23, create a compensating current of the current source.

Способ реализуют следующим образом:The method is implemented as follows:

Предварительно кратковременно подключают к секции шин 6 однофазное активное сопротивление 19, измеряют ток в сопротивлении 19 и напряжение нулевой последовательности на секции 6 в трансформаторе напряжения 15, формируют уставку сопротивления сети Z относительно шин секции как отношение модуля напряжения нулевой последовательности 3U0 к модулю тока I в сопротивлении 19, запоминают уставку Z в электронном блоке управления 17 компенсирующего устройства - источника тока 14.First, a single-phase active resistance 19 is briefly connected to the bus section 6, the current in the resistance 19 and the zero-sequence voltage in section 6 in the voltage transformer 15 are measured, the network resistance setting Z relative to the section buses is formed as the ratio of the zero-sequence voltage module 3U0 to the current module I in the resistance 19, setpoint Z is stored in the electronic control unit 17 of the compensating device - current source 14.

При возникновении однофазного замыкания на землю на одном из присоединений 7, 8, 9 секции 6, измеряют напряжение нулевой последовательности 3U0 в трансформаторе напряжения 15, автоматически формируют в блоке управления 17 управляющие воздействия, которые предают в формирователь импульсов 16. Импульсы передают на транзисторы 22 источника тока 14. Управляемые транзисторы 22 в источнике тока 14 формируют ток In в нейтрали 13 как отношение модуля измеренного напряжения нулевой последовательности к уставке In=3U0/Z, отстающий от напряжения нулевой последовательности на 90 градусов,If a single-phase ground fault occurs at one of the connections 7, 8, 9 of section 6, the zero-sequence voltage 3U0 is measured in the voltage transformer 15, control actions are automatically generated in the control unit 17, which are sent to the pulse shaper 16. The pulses are transmitted to the transistors 22 of the source current 14. Controlled transistors 22 in the current source 14 generate a current In in the neutral 13 as the ratio of the module of the measured zero-sequence voltage to the setting In = 3U0/Z, lagging behind the zero-sequence voltage by 90 degrees,

Далее повторно измеряют изменившееся напряжение нулевой последовательности 3U0’, формируют в источнике тока новое значение полного тока In’ в нейтрали 13, как отношение измеренного комплексного напряжения нулевой последовательности к уставке In’=3U0’/Z.Next, the changed zero-sequence voltage 3U0’ is re-measured, a new value of the total current In’ in neutral 13 is formed in the current source, as the ratio of the measured complex zero-sequence voltage to the setting In’=3U0’/Z.

Далее итерационно повторяют процесс формирования полного тока In” в нейтрали, пока разность модулей измеренного напряжения нулевой последовательности 3U0” и предыдущего измеренного напряжения нулевой последовательности 3U0’ не станет меньше заданного значения, например (3U0”-3U0’)<1%.Next, the process of generating the total current In” in the neutral is iteratively repeated until the difference between the magnitudes of the measured zero-sequence voltage 3U0” and the previous measured zero-sequence voltage 3U0’ becomes less than a specified value, for example (3U0”-3U0’)<1%.

При наличии нескольких секций шин, соединенных электрически между собой предварительно одновременно кратковременно подключают к каждой секции однофазное активное сопротивление, измеряют ток в каждом сопротивлении и напряжение нулевой последовательности на каждой секции, формируют уставку сопротивления сети относительно шин каждой секции.If there are several sections of buses electrically connected to each other, first simultaneously briefly connect a single-phase active resistance to each section, measure the current in each resistance and the zero-sequence voltage in each section, and form a network resistance setting relative to the buses of each section.

Для проверки работоспособности предлагаемого способа выполнены расчетные эксперименты на схеме замещения электрической сети с изолированной нейтралью, представленной на фиг. 1. Расчеты проводились в программно-вычислительном комплексе «Расчет режимов в фазных координатах», разработанном на кафедре «Электрические станции, сети и системы» ИРНИТУ. Схема замещения сети задается в трехфазном виде с учетом взаимоиндукции и емкости между проводами линии, емкости между проводами и землей, с учетом взаимоиндукции между обмотками силовых трансформаторов.To check the performance of the proposed method, calculation experiments were performed on the equivalent circuit of an electrical network with an isolated neutral, shown in Fig. 1. Calculations were carried out in the software-computing complex “Calculation of modes in phase coordinates”, developed at the Department of Electric Power Plants, Networks and Systems of INRTU. The network equivalent circuit is specified in three-phase form, taking into account the mutual inductance and capacitance between the wires of the line, the capacitance between the wires and the ground, taking into account the mutual inductance between the windings of power transformers.

Смещение нейтрали секции шин в нормальном режиме составляет 176.711 В, угол -114.952 град. Величины токов 3I0 в присоединениях показаны в табл. 1. Таблица 1 Токи 3I0 в присоединенияхThe neutral displacement of the bus section in normal mode is 176.711 V, the angle is -114.952 degrees. The values of currents 3I 0 in connections are shown in table. 1. Table 1 Currents 3I 0 in connections

№ ЛЭПPower line no. 3I0a
A
3I 0a
A
3I0r
A
3I 0r
A
11 -0.00101-0.00101 -0.00053-0.00053 22 0.000490.00049 0.000220.00022 33 0.000500.00050 0.000250.00025

При кратковременном (10 сек) подключении активного сопротивления 300 Ом между фазой А и землей, получаем 3U0 =1 0495, угол = -23.42 град. и ток в сопротивлении I =46.17 A, угол = -112.93. Формируем уставку и запоминаем Z=10495/46.17 =227,32 Ом.With a short-term (10 sec) connection of an active resistance of 300 Ohms between phase A and ground, we get 3U 0 = 1 0495, angle = -23.42 degrees. and current in resistance I =46.17 A, angle = -112.93. We form the setting and remember Z=10495/46.17 =227.32 Ohm.

Далее создаем ОЗЗ в фазе первой линии. Замеряем напряжение 3U0 на секции шин (столбец 5 в табл. 2), формируем ток In в нейтрали НОТ (столбец 6) как In=3U0/Z. При сформированном токе In изменится напряжение 3U0 , соответственно формируем новое значение тока и т.д. итерационно.Next, we create the OZZ in the first line phase. We measure the voltage 3U 0 on the bus section (column 5 in Table 2), form the current I n in the neutral of the HOT (column 6) as In = 3U0/Z. When the current I n is generated, the voltage 3U 0 will change, accordingly we form a new current value, etc. iteratively.

В столбцах 3 и 4 контролируем расчетные величины напряжения в точке ОЗЗ и ток ОЗЗ. В случае ОЗЗ на реальном объекте указанные величины не доступны для наблюдения.In columns 3 and 4, we control the calculated values of voltage at the OZZ point and the OZZ current. In the case of OZZ at a real object, the indicated values are not available for observation.

Результаты итераций показаны в табл. 2The results of the iterations are shown in table. 2

Таблица2. Результаты итераций.Table 2. Iteration results. № итерацииIteration number UU
в точке ОЗЗat the OZZ point
ВIN
II
ОЗЗOZZ
АA
3U3U 00
на секции шинon the bus section
ВIN
II nn
в нейтрали НОТin neutral NOT
АA
ТочностьAccuracy
поBy
3U3U 00
%%
11 22 33 44 55 66 77 11 модульmodule 21372137 7171 1638316383 7272 уголcorner 273273 273273 2.72.7 87.387.3 22 модульmodule 923923 30.830.8 1943219432 85.585.5 15.6915.69 уголcorner 348348 348348 23.523.5 66.566.5 33 модульmodule 398398 13.313.3 1759017590 77.477.4 -10.47-10.47 уголcorner 64.664.6 64.664.6 31.331.3 58.758.7 44 модульmodule 179.7179.7 66 1630016300 71.771.7 -7.91-7.91 уголcorner 142.4142.4 142.4142.4 29.829.8 60.260.2 55 модульmodule 87.287.2 2.92.9 1635816358 7272 0.350.35 уголcorner 215215 215215 27.827.8 62.262.2 66 модульmodule 33.733.7 1.121.12 1661016610 7373 1.521.52 уголcorner 272272 272272 27.727.7 62.362.3 77 модульmodule 6.86.8 0.230.23 1665316653 73.2573.25 0.260.26 уголcorner 321321 321321 2828 6262

После 7 итераций видно, что при токе в нейтрали In=73.25 A, угол=62 град., напряжение 3U0 = 16653 В, угол = 28 град. При этом напряжение в точке ОЗЗ равно 6.8 В, а ток ОЗЗ равен 0.23 А. При таком токе дуга гарантированно погаснет.After 7 iterations, it is clear that with a current in the neutral I n = 73.25 A, angle = 62 degrees, voltage 3U 0 = 16653 V, angle = 28 degrees. In this case, the voltage at the GBZ point is 6.8 V, and the GBZ current is 0.23 A. At this current, the arc is guaranteed to go out.

Claims (2)

1. Способ компенсации емкостных токов в электрических сетях с изолированной нейтралью, в котором формируют нейтраль на секции шин, подключают между нейтралью и землей компенсирующее устройство, отличающийся тем, что предварительно кратковременно подключают к секции однофазное активное сопротивление, измеряют ток в сопротивлении и напряжение нулевой последовательности на секции, формируют уставку сопротивления сети относительно шин секции как отношение модуля напряжения нулевой последовательности к модулю тока в сопротивлении, запоминают уставку в электронном блоке управления компенсирующего устройства - источника тока, и при возникновении однофазного замыкания на землю на одном из присоединений секции измеряют напряжение нулевой последовательности, автоматически формируют в источнике тока ток в нейтрали как отношение модуля измеренного напряжения нулевой последовательности к уставке, отстающий от напряжения нулевой последовательности на 90 градусов, далее повторно измеряют изменившееся напряжение нулевой последовательности, формируют в источнике тока новое значение полного тока в нейтрали как отношение измеренного комплексного напряжения нулевой последовательности к уставке, далее итерационно повторяют процесс формирования полного тока в нейтрали, пока разность модулей измеренного напряжения нулевой последовательности и предыдущего измеренного напряжения нулевой последовательности не станет меньше заданного значения, например 1%. 1. A method for compensating capacitive currents in electrical networks with an isolated neutral, in which a neutral is formed on a bus section, a compensating device is connected between the neutral and the ground, characterized in that a single-phase active resistance is first briefly connected to the section, the current in the resistance and the zero-sequence voltage are measured on the section, form the network resistance setting relative to the section buses as the ratio of the zero-sequence voltage module to the current module in the resistance, store the setting in the electronic control unit of the compensating device - the current source, and if a single-phase ground fault occurs at one of the section connections, measure the zero-sequence voltage , automatically generate a current in the neutral in the current source as the ratio of the module of the measured zero-sequence voltage to the setting, lagging behind the zero-sequence voltage by 90 degrees, then re-measure the changed zero-sequence voltage, form in the current source a new value of the total current in the neutral as the ratio of the measured complex zero-sequence voltage to the setting, then iteratively repeat the process of forming the total current in the neutral until the difference between the modules of the measured zero-sequence voltage and the previous measured zero-sequence voltage becomes less than a specified value, for example 1%. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наличии нескольких секций шин, соединенных электрически между собой, предварительно одновременно кратковременно подключают к каждой секции однофазное активное сопротивление, измеряют ток в каждом сопротивлении и напряжение нулевой последовательности на каждой секции, определяют уставку сопротивления сети относительно шин каждой секции.2. The method according to claim 1, characterized in that if there are several sections of buses electrically connected to each other, a single-phase active resistance is first simultaneously briefly connected to each section, the current in each resistance and the zero-sequence voltage in each section are measured, the resistance setting is determined networks relative to the buses of each section.
RU2023108249A 2023-04-04 Method for compensating capacitive currents in electrical networks with isolated neutral RU2806893C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2806893C1 true RU2806893C1 (en) 2023-11-08

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3728618A (en) * 1971-04-01 1973-04-17 Siemens Ag Ground protection apparatus for electrical equipment with y-connected windings
DE2911169A1 (en) * 1979-03-22 1980-10-02 Licentia Gmbh Multiple network earth compensating system - has earthing coils connected by voltage monitoring circuits and selector to central control unit
SU884030A1 (en) * 1980-03-19 1981-11-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Взрывозащищенного И Рудничного Электрооборудования Method of automatic compensation of capacitive leakage current to ground in three-phase electric network
RU139189U1 (en) * 2013-10-02 2014-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "НПП Бреслер" (ООО "НПП Бреслер") DEVICE FOR COMPENSATION OF CAPACITIVE CURRENTS WITH SINGLE PHASE CIRCUIT TO THE GROUND IN ELECTRIC NETWORKS WITH INSULATED NEUTRAL
RU2663823C1 (en) * 2017-05-23 2018-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "НПП Бреслер" (ООО "НПП Бреслер") Method of automatic neutral bias voltage regulation in a compensated network

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3728618A (en) * 1971-04-01 1973-04-17 Siemens Ag Ground protection apparatus for electrical equipment with y-connected windings
DE2911169A1 (en) * 1979-03-22 1980-10-02 Licentia Gmbh Multiple network earth compensating system - has earthing coils connected by voltage monitoring circuits and selector to central control unit
SU884030A1 (en) * 1980-03-19 1981-11-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Взрывозащищенного И Рудничного Электрооборудования Method of automatic compensation of capacitive leakage current to ground in three-phase electric network
RU139189U1 (en) * 2013-10-02 2014-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "НПП Бреслер" (ООО "НПП Бреслер") DEVICE FOR COMPENSATION OF CAPACITIVE CURRENTS WITH SINGLE PHASE CIRCUIT TO THE GROUND IN ELECTRIC NETWORKS WITH INSULATED NEUTRAL
RU2663823C1 (en) * 2017-05-23 2018-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "НПП Бреслер" (ООО "НПП Бреслер") Method of automatic neutral bias voltage regulation in a compensated network

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2758454C2 (en) Apparatus for compensation of the ground fault current in power supply networks
Ajaei et al. Fault current interruption by the dynamic voltage restorer
US9634490B2 (en) Dynamic voltage restoration system and method
CN110611317A (en) Earth fault current compensation system and method for self-generating power phase power supply
US11159011B2 (en) Electric circuits and power systems incorporating the same
CN110544931B (en) Earth fault current compensation system and method for self-generating power phase power supply
Abdalrahman et al. DolWin1-Challenges of connecting offshore wind farms
CN110544929B (en) Earth fault current compensation system and method for self-generating power phase power supply
CA2832574C (en) Power quality control
CN110571778A (en) Earth fault current compensation system and method for self-generating power phase power supply
Bravo et al. Distributed energy resources challenges for utilities
CN210404755U (en) Ground fault current compensation system for self-generating power phase power supply
RU2806893C1 (en) Method for compensating capacitive currents in electrical networks with isolated neutral
CN210404737U (en) Ground fault current compensation system for self-generating power phase power supply
Ghahderijani et al. Voltage sag mitigation in a PV-based industrial microgrid during grid faults
Polajžer et al. Steady-state response of inverter-interfaced distributed generations during transmission network faults
McGuinness et al. Coordination of AC protection settings during energisation of AC grid from a VSC HVDC interconnector
CN109742747B (en) Grounding current compensation method and grounding current compensation device
Nielsen et al. Control and testing of a dynamic voltage restorer (DVR) at medium voltage level
Brenna et al. Real time simulation of smart grids for interface protection test and analysis
CN111579986A (en) Arc extinction method for single-phase earth fault of generator stator winding
Nagpal et al. Sub-synchronous ferroresonance causes catastrophic failure of a line shunt reactor–a post mortem investigation
Langwasser Management and Protection of High-Voltage Direct Current Systems Based on Modular Multilevel Converters
Göksu et al. Analysis of HVDC and wind turbine converter response during offshore asymmetrical faults
Chambers Distributed energy resources and power quality