SU1086499A1 - Способ автоматической настройки на резонанс контура нулевой последовательности сети - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ НА РЕЗОНАНС КОНТУРА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СЕТИ, при котором измер ют напр жение смещени  нейтрали, по которому формируют информационный сигнал, контролируют пор док чередовани  фаз сети, формируют опорный сигнал, сравнивают по фазе опорный и информационный сигналы , интегрируют результат сравнени  и изме.н ют индуктивность контура нулевой последовательности по результату интегрировани , отличающий с   тем, что, с целью повышени  быстродействи , измер ют линейные напр жени  сети, указанный опорный сигнал формируют с утроенной частотой и фазой по отношению к с линейным напр жени м, указанный формационный сигнал формируют с (Л утроенной частотой и фазой по отношению к напр жению смещени  нейтрали и в случае обратного пор дка чередовани  фаз измен ют знак результата сравнени  по фазе опорного и информационного сигналов. О 00 05 со со

Description

2,Способ ПОП.1, отличаю- щ и и с   тем, что информационный сигнал с утроенной частотой и фазой по отношению к напр жению смещени  нейтрали формируют в виде составл ющей пр моугольного сигнала промышленной частоты, полученного путем релейного усилени  напр жени  смещени  нейтрали, а сравнение по фазе информащюнного и опорного сигналов осуществл ют путем синхронного детектировани  релейно усиленного напр жени  смещени  нейтрали сформированным опорным сигналом утроенной частоты.

3.Способ по п. 1, отличаю,щ и и с   тем, что опорный сигнал

с утроенной частотой и фазой по отношению к линейным напр жени м сети формируют путем суммирова ,ни  или перемножени  релейно усиленных линейных напр жеНИИ .

4. Способ по П.1, отличающийс  тем, что опорный сигнал с утроенной частотой и фазой по отношению к линейным напр жени м сети формируют путем ввделени  максинз ьных и минимальных мгновенных значений линейных напр жений, суммировани  их и релейного инверсного- усилени  результата сум ровани .

1

Изобретение относитс  к способам построени  автоматических систем компенсации емкостных токов утечек на землю в сет х трехфазного напр жени .

Известен способ автоматической .настройки дугогас щей катушки, в соответствии с которым в сети создают искусственную несимметршо путем подк;шчени  медцу землей и одной из фаз асимметрирующего конденсатора, формируют сигнал управлени  при помощи сравнени  по фазе напр жени , смещени  нейтрали и опорного сигнала, пропорционального напр жению на асимметрирующем конденсаторе, интегрируют сигнал управлени  и измен ют индуктивность дугогас щей катушки l }.

Способ не может быть использован при возникновении в сети однофазных утечек на землю. По вление однофазной утечки в любой из фаз приводит к расстройкам компенсации из-за жесткой св зи опорного сигнала с напр жением на асимметрирующем конденсаторе .

Известен также способ автоматической настройки дугогас щего реактора , -в соответствии с которым создают в сети искусственную несимметрию путем подключени  к одной из фаз асимметрирующего конденсатора.

измер ют фазные напр жени  сети и напр жени  смещени  нейтрали, формируют сигнал управлени  путем сравнени  по фазе напр жени  смещени  нейтрали.и опорного сигнала, контролируют возникновение в сети аварийного режима, выбирают в этом режиме фазное напр жение источника поврежденной фазы, используют в качестве

опорного сигнала в нормальном режиме функционировани  сети напр жение, пропорциональное напр жению на асимметрирующем конденсаторе, а в аварийном режиме - фазное напр жение

источника поврежденной фазы, интегрируют сигнал управлени , мен ют индуктивность дугогас щего реактора по результату интегрировани С2 J. Недостатком способа  вл етс  создание искусственной несимметрии с помо1цью асинметрирующего конденсатора , жестко св занного с одной из фаз сети, что может привести к расстройкам компенсации и, кроме того,

к увеличению остаточного тока через однофазную утечку даже при наличии точно скомпенсированной емкостной оставл квцей в aвapийнo f режиме. Наиболее близким к изобретению

вл етс  способ автоматической

астройки индуктивности контура нуевой последовательности сети, в оответствии с которым создают в сети искусственную несимметрию путем подключени  к одной из фаз асимметрирующего элемента, измер ют напр жение смещени  нейтрали и фазные напр жени  источника питани  сети контролируют пор док чередовани  фаз сети,, сравнивают по фазе напр жение смещени  нейтрали (информационный сигнал) и опорный сигнал, интегрируют результат сравнени , из мен ют индуктивность контура нулевой последовательности по результату интегрировани , контролируют предельно максимальное и предельно минимальное значени  индуктивности контура нулево последовательности путем сравнени  результата интегрировани  с двум  эталонными величина ми, переключают асимметрирующий элемент в опер ежающую фазу при достижении индуктивностью предельно максимального  начени  и в отстающую фазу - при достижении индуктивностью предельно минимального значе ни  и используют в качестве опорног сигнала фазное напр жение источника питани  той фазы сети, к которой подключен асимметрирующий элементСЗ В данном способе, в сравнении с предьадущим создаваема  искусственна несимметри  уже не оказывает отрица тельного вли ни  на остаточный ток через однофазную утечку при скомпен сированной емкостной составл ющей. Однако по-прежнему при настройке компенсации тер етс  врем  на вы вление поврежденной фазы. Так, при возникновении утечки в одной из соседних фаз по отношению к асиммет рирующей (к которой подключен асимметрирующий элемент) врем  вы влени  повре:вденной фазы определ етс  временем интегрировани  и изменени  индуктивности контура нулевой после довательности в сторону одного из предельных .значений, временем распознавани  достижени  предельного значени  (ограничени ) индуктивноетью и временем переключени  асиммет рирующего элемента в поврежденную фазу с соответствующим изменением фазы опорного сигнала. Врем  интегр ровани  и врем  распознавани  дости жени  индуктивностью ограничени  со тавл ют основную часть общего време ни вы влени  поврежденной фазы. Есл врем  переключени  может быть достаточно малым за счет использовани  быстродействукмдих устройств коммута1 и , то уменьшение интегрировани  и распознавани  ограничени  встречает серьезные затруднени , св занные с обеспечением устойчивости резонансной настройки и устранением ложных переключений, т.е. с возможностью применени  способа в целом, Цельн/ изобретени   вл етс  повышение быстродействи  настройки на резонанс контура нулевой последовательности сети. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу, при котором измер ют напр жение смещени  нейтрали , по которому формируют инфо.рмационный сигнал, контролируют пор док чередовани  фаз сети, формируют опорный сигнал, сравнивают по фазе опорный и информационный сигналы, интегрируют результат сравнени  и измен ют индуктивность контура нулевой последовательности сети по результату интегрировани , измер ют линейные напр жени  сети, указанный опорный сигнал формируют с утроенной частотой и фазой по отношению к линейным напр жени м, указанный информационный сигнал формирую т с утроенной частотой и фазой по отношению к напр жению смещени  нейтрали и в случае обратного пор дка чередовани  фаз измен ют знак результата сравнени  по фазе опорного и информационного сигналов. Причем информационный сигнал с утроенной частотой и фазой по отношению к. напр жению смещени  нейтрали формируют в виде составл ющей пр моугольного сигнала промышленной частоты, полученного путем релейного усилени  напр жени  смещени  нейтрали, а сравнение пер фазе информационного и опорного сигналов осуществл ют путем синхронного детектировани  релейно усиленного напр жени  смещени  нейтрали сформированным опорным сигналом утроенной частоты . Кроме того, опорный сигнал с утроенной частотой и фазой по отношению к линейным напр жени м сети формируют путем суммировани  или перемножени  релейно усиленных линейных напр жений, или путем выделени  максимальных и минимальных мгновенных значений линейных напр жений, суммировани  их и релейного инверсного усилени  результата суммировани . На фиг. 1 представлена схема устройства дл  осуществлени  способа; на фиг. 2 и 3 - примеры принципиальных схем формировател  опорного сигнала; на фиг. 4 - временна  диаграмма , по сн юща  способы форми5 овани  опорного сигнала с утроенной частотой и фазой по отношению к линейным напр жени м сети. Схема устройства содержит датчик напр жени  смещени  нейтрали, подключенный к контуру нулевой последовательности сети 2, формирователь информационного сигнала, блок 4 измерени  линейных напр жений, подключенный к фазам А, В и С сети 2, формирователь 5 опорного сигнала, а также.последовательно соединенные блок 6 определени  разности фаз, интегрирующее звено 7 и блок 8 регулировани  индуктивности контура нулевой последовательности, состо щий из усилител  мощности 9 и дроссел  насыщени  10, св занного с сетью 2. Выход датчика 1 подключен к первому входу блока 6 определени  разности фаз через формирователь 3 информационного сигнала. Входы формироваТел  5 опорного сигнала подключены к выходам блока 4 измерени  линейных напр жений, а выход соединен с вторым входом блока 6. Выход усилител  9 подключен к обмотке подмагничивани  дроссел  10. Схема формировател  опорного сигнала (фиг. 2) содержит релейные звень  11, входы которых подключаютс  к выходам блока 4 измерени  линей ных напр жений (фиг. 1). Выходы звеньев 11 подключены к входам блока суммировани  12, у которого выход подключаетс  к второму входу блока 6 определени  разности фаз (фиг. 1). Релейное звено 11 выполнено в виде операционного усилител  13 с ограничительным резистором 14 в цепи ин1вертирующего входа и делителем напр  жени  на резисторах 15 и 16 в цепи положительной обратной св зи. Блок суммировани  12 выполнен по схеме релейного звена с трем  входными токоограничивающими резисторами 14. Схема формировател  опорного сигнала (фиг. 3) содержит трехфазный мостовой вйпр митель 17, входы которого подключаютс  к выходам блока 4 измерени  линейных напр жений , а выходы подключены к входам релейного инвертора 18, у которого выход соедин етс  с вторым входом блока 6 определени  разности фаз. Релейный инвертор 18 выполнен по схеме токового ключа на транзисторе 19, у которого коллектор-эмиттерный переход подключен к двум последовательно соединенным источникам 20 посто нного напр жени  через ограничительный резистор 21 со стороны коллектора, а база-эмиттерный переход зашунтирован диодом 22 и включен последовательно с двум  токоограничиваницими резисторами 23. На фиг. 4 обозначены: UA(t), измеренные линей- ные напр жени  сети; Z(t), Z-..(t) и (t) - релёйно усиленные линейные напр жени ; ,(t) и U, (t) максимальные и минимальные мгновенные значени  линейных напр жений; (t) - опорный сигнал утроенной частоты. При по влении в сети 2 однофазной утечки, (например, в фазе 8), в контуре нулевой последовательности возникает напр жение (t) смещени  нейтрали вида (ju.L)/s,-n|;a;t -.(/(m,|, {,j где Uj и - амплитуда и фаза линейного напр жени  (t)(u)t + 4j,) между неповрежденными фазами сети (фазами А и С ) : UJ - промышленна  частота сети; /W(jW,L/ и Vg (L) модуль и фаза на частоте U) амгшптудно-частотна  характеристики контура нулевой последовательности, образованного параметрами изол ции фаз сети 2 относительно земли и регулируемой индуктивностью L дроссел  насыщени  10. Известно, что ток, протекающий через однофазную утечку, принимает минимальное или близкое к нему значение , когда контур нулевой последовательности сети находитс  в резонансном состо нии. В услови х мен ющейс  емкости фаз сети относительно земли резонансное состо ние контура поддерживают путем автоматинеской настройки индуктивности L на соответствующее значение L . Критерием резонансной настройки может служить установление фазы Vg(L) 4g(Lp)-90 , а информацией о величине и зн; з резонансной рас; стройки - отклонени  текущей фазы Ч(Ь) от указанного равновесного значени  Ча (L,,). Из выражени  (1) гидно, что дл  вьщелени  фазы fg (L) необходимо сравнивать значени  текущей фазы Sg+/g(L) напр жений (t) и начальной фазы /0 линейного напр жени  (t). Однако в общем случае фаза Yfl может принимать значени  0,1+ 4-120 и -120. Поэтому при неправильном выборе линейного напр жени  трехфазной сети и сравнении его по фазе с напр жением .(t) к вьщел е мому полезному значению фазы «fg(t) добавл етс  паразитный фазовый сдвиг равный t120, что не позвол ет достигнуть резонансной настройки в соот ветствии с установленным критерием. В предлагаемом способе сравнение по фазе полезных сигналов производит с  после их частотно-фазового утроени , что устран ет возможность по влени  паразитного фазового сдвига Действительно, независимо от номера поврежденной фазы сети, достаточно располагать только двум  сигналами: опорным о  ( ) ( Z (3w)Sin3u)i . (2) с утроенной частотой и фазой по отн щению к линейным напр жени м сети, и информационным ((3u.) (3u))( (3 С утроенной частотой и фазой по отношению к напр жению i(t) смещени  нейтрали. Здесь 2;;;(3ы) и ) амплитуды опорного и информационного сигналов. Тождества в выражени х (2) и (3) основаны на том, что фаза ЗЧ-.0,1360° кратна периоду гар монических колебаний. Отклонени  фазового сдвига 3Yg(t мелоду сигналами (2) и (3) от равновесного значени  (I.p)-270 со10 8 . держат в себе информацию о величине и знаке резонансной расстройки 0 при О при 0 при и лежат в основе управлени  индуктивностыь L контура нулевой последовательности сети 2. Так, в устройстве (фиг. 1) сигнал управлени  V(t) на выходе блока 6, пропорциональный разности фаз (4), после интегрировани  (звеном 7) и усилени  по мощности (блоком 9) определ ет астатическую настройку индуктивности L контура (дроссел  10) к резонансному значению Lp, Частотно-Фазовое утроение сигналов можно производить традиционно путем -нелинейного преобразовани  исходных синусоидальных сигналов в несинусоидальные и выделени  из них составл ющих утроенной частоты с помощью избирательной фильтрации. При этом фазовый сдвиг между сигналами утроенной частоты может быть определен любым из методов фазового детектировани , в том числе и методом синхронного детектировани . Последний имеет некоторые преимущества . В синхронно детектируемых сигналах (информационном и опорном) допускаетс  иметь кроме полезных составл ющих утроенной частоты дополнительные составл ющие, спектры которых пересекаютс  только на частотах, кратных трем. Это позвол ет при формировании опорного и информационного сигналов исключить операцию избирательной фильтрации и обойтись лишь безынерционными нелинейными преобразовани ми , что упрощает техническую реализацию и положительно отражаетс  на динамике резонансной настройки. Пусть, например, информационный и опорный сигналы равны соответствен ° ) ZQ(t)(3wt 3%) . (6) Разложени  колебаний (5) и (6) в р д Фурье имеют вид: инф( ( (Я со Т 21 (2wtlf51пГ(21т.1) X (3u.)(в) Одной из частных форм операции синхронного детектировани   вл етс  перемножение сигналов Zj,(t) и (t) с последующим выделением .нек лебательной составл ющей путем осреднени  () где М f 1 - оператор осреднени . Неколебательна  составл юща  возни кает от перемножени  гармоник с частотами, равными (2п ft) ()3u)(n, ,«) и кратными трем Подставл   разложени  (7) и (8) в (9) получаем новый тригонометрический р д - {2nvbl} )3Yg(q L.Mt) (Щ который совпадает с разложением в р д Фурье функции апрмЗ {1 Ц,)-27в |-arcsi«cos 3 /glU| « 0п(мЗУ|{Цр|«-ЛО 0 npM5V(t.l.j, Нетрудно видеть, что результат синхронного детектировани  пр моугольных колебаний (5) и (6), равный (t1), соответствует отклонени м (4). информационный сигнал Z ф(г) (5) может быть пр моугольной формы (.) может получен путем релейного усилени  (формирователем 3) напр жени  (t) смещени  нейтрали (на выходе датчика 1). Все гармоники (7) колебани  (5) оказываютс  при этом автоматически сфазированньми с напр жением Опорный сигнал Z(t) может быть получен несколькими способами.(на фиг. 2 по сн ютс  наиболее рациональные ). Одним из способов  вл етс  преобразование (с помощью релейньпс звеньев) измеренных линейных напр жений идс(с), Ugд(t) и Uce(t) в пр  моугольные колебани  Z(t)8ignU(t ( ,8Л, Об ), которые после суммировани  или перемножени  порождают опорный сигнал (см. фиг. 2) 9 Другой способ заключаетс  в выделении максимальных и минимальных мгновенных значений линейных напр жений - (t) и U.(t) (например, с помощью трехфазного выпр мител ) и суммировании их с последующим релейным инверсным усилением (на релейном инверторе) Z(t)-signtu(t)U,.(t)l. Выбор способа определ етс  удобством технической реализации. Так, при использовании интегральных элементов целесообразно примен ть способ с обработкой пр моугольных сигналов ,(.t) Zgд(t) и Zj.g.(t), что реализуетс  с помощью схемы на фиг. 2, а при использовании дискретных элементов - способ с выделением Ujjj(t), дл  чего может быть использована схема, представленна  на фиг. 3. Особенностью схемы на фиг. 2  вл етс  использование в блоках 11 и 12 однотипных релейных элементов с инверсным усилением. При этом промежуточные пр моугольные сигналы на выходах звеньев 11 наход тс  в противофазе по отношению к сигналам Z.,c(t), ZRд(t), Zj.A(t), представленным на фиг. 2. Однако после дополнительного инвертировани  сумматором 12 на выходе.формировател  присутствует опорный сигнал, оп требуемой пол рности. Уровни выходных напр жений операционных усилителей 13 равны собственным напр жени м ограничени , поскольку внешние цепи ограничени  выходных сигналов отсутствуют. В качестве блока 12 может быть использован не только сумматор, но и множительное звено. Конечный результат при этом не измен етс . Работа формировател  опорного сигнала по схеме на фиг. 3 заключаетс  в следующем. Трехфазньй мостовой выпр митель 17 выдел ет максимальные и минимальные мгновенные значени  линейных U,(t). Ток, напр жений U v(t) Протекающий через параллельное соединение база-эмиттерного перехода транзистора 19 и диода 22, пропорционален сумме токов, протекающих через резисторы 23, т.е. пропорционален сумме напр жений U Ct) и / iVt 0| « и.- (t;. Под воздействием этого тока транзистор 19 переключаетс  из закрытого состо ни  в открытое  ериод чески с утроенной частотой сети. В результате на коллекторе транзистора 19 по отношению к соедииени  HCTOMHHKOF О присутствуют двухпол рные импульсы, которые ис- ;; пользуютс  в качестве, выходного сигнала jj (t). При возникновений потребности в однопол рных импу ьеах выходной сигнал следует сннашть по отношению к эмиттеру транзистора 19.

Получаемьй опорный сигнал Z(t) утроенной частоты совпадает по фаае с напр жени ми (t), U(t) и pg(t), т.е. моменты перехода отриательных полупериодов в положительые дл  калсдого из линейных нап жений совпадают с моментами налогичных переходов в сигнале gj,t)Ha фиг. 2 пунктиром).

Соблюдение условий синфазности опорного сигнала с линейными наприени ми U|(t) (,6A,C6) и инфорационного сигнала ) с напрйжением 2(с) смещени  нейтрали необ- ходимо Дл  достижени  точности настройки на резонанс. Кроме того, дл  обеспечени  устойчивости автоматической настройки пол рность сигнала управлени  V{t), пропорционального разности фаз (4), должна состветствовать знаку резонансной расстройки. Нарушени  последнего услови  могут происходить за счет ин:версии сигнала управлени  V(t), возникающей в результате несовпадени  имеющегос  , в сети пор дка чередовани  фаз и условно принимаемого дл  линейных проводов (фаз) А , & и С сети, между которыми производитс  измерение напр жений.

При пр мом пор дке чередовани  фаз сети фаза А отстает от фазы С и опережает фазу 6, а при обратном пор дке чередовани  наоборот - фаза А опережает фазу С и отстает от фазы В . Измерение Н1апр жений между одними и теми же линейными провода1да сети дает две группы напр жений:

АС %А УСВ дл  пр мого пор дка чередовани  фаз сети, а также Uдg(t), ) и Ugg(t) -,дл 

обратного пор дка чередовани , причем (t)-Uc(t), UBA(t)(t) и %&(t)-Ugj(t), т.е. смена пр мого пор дка чередовани  фаз сети

на обратный приводит к инверсии измер емых линейных напр жений и, как следствие, к инверсии сигнала управлени  V(t). Оценку устойчивости автоматической настройки, таким

образом, можно производить с помощью контрол  пор дка чередовани 

фаз,

Возможны два пути обеспечени  устойчивости автоматической настройки в зависимости от удобства эксплуатации : устранение первопричины по влени инверсии сигнала управлени  V(t) , т.е. установление пр мого пор дка чередовани фаз сети путем

перестановки любых двух линейных проводов на входе блока измерени  4; изменение знака сигн&ла управлени  V(t) при обратном пор дке чередовани  фаз сети, например, с помощью изме-нени  знака козффициента передачи в одном из блоков 3, 5 и 6.

В предложенном способе автоматической настройки на резонанс контура нулевой, последовательности сети обработка сигналов утроенной частоты позвол ет исключить потери времени, св заиные с распознаванием номера . поврежденной фазы, и повысить тем быстродействие настройки. Синфазность обрабатываемых сигналов с напр жени ми контура нулевой последовательности и источника питани  сети (информационного сигнала с напр -г жением смещени  нейтрали и опорного

сигнала с линейными напр жени ми сети) достигаетс  простыми методами нелинейной Л обработки, удобными в реализации. Необходимость контрол  пор дка чередовани  фаз сети дл 

обеспечени  устойчивости автоматической настройки возникает только при подключении устройства к фазам сети и на быстродействий автоматической настройки не отражаетс .

Применение способа позвол ет повысить надежность и безопасность эксплуатации трехфазных электрических сетей.

UnaKc i)

.. JT еК-

L.

-ZeA{i)

//

елИ)

-ZcBfi)

//

Uced)

Claims (4)

1. СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ НА РЕЗОНАНС КОНТУРА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СЕТИ, при котором измеряют напряжение смещения нейтрали, по которому формируют информационный сигнал, контролируют порядок чередования фаз сети, формируют опорный сигнал, сравнивают по фазе опорный и информационный сигналы, интегрируют результат сравнения и изменяют индуктивность контура нулевой последовательности по результату интегрирования, отличающий с я тем, что, с целью повышения быстродействия, измеряют линейные напряжения сети, указанный опорный сигнал формируют с утроенной частотой и фазой по отношению к линейным напряжениям, указанный информационный сигнал формируют с утроенной частотой и фазой по отношению к напряжению смещения нейтрали и в случае обратного порядка чередования фаз изменяют знак результата сравнения по фазе опорного и информационного сигналов.

SU .... 1086499

2. Способ по π.1, отличающ и й с я тем, что информационный сигнал с утроенной частотой и фазой по отношению к напряжению смещения нейтрали формируют в виде составляю- \ щей прямоугольного сигнала промыш-; ленной частоты, полученного путем · релейного усиления напряжения смещения нейтрали, а сравнение по фазе информационного и опорного сигналов осуществляют путем синхронного детектирования релейно усиленного напряжения смещения нейтрали сформированным опорным сигналом утроенной частоты.

3. Способ по π.1, отличающийся тем, что опорный сигнал с утроенной частотой и фазой по отношению к линейным напряжениям сети формируют путем · суммирова,ния или перемножения релейно усиленных линейных напряжений.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что опорный сигнал с утроенной частотой и фазой по отношению к линейным напряжениям сети формируют путем выделения максимальных и минимальных мгновенных значений линейных напряжений, суммирования их и релейного инверсного· усиления результата суммирования.