SU813587A1 - Устройство дл компенсации полногоТОКА ОдНОфАзНОгО зАМыКАНи HA зЕМлю - Google Patents

Description

1

Кзобретение -относитс  к электроэнергетике и предназначено дл  компенсации емкостной и активной составл ющих тока однофазного замыкани  на землю, в том числе и дл  гашени  перемещающейс  дуги в трехфазных электрических сет х, и может быть использовано также дл  введени  поисковых колебаний и регулировани  добротности контура нулевой последовательности сети.

Известны устройства, содержащие помимо дугогас щего реактора, блок выбора поврежденной фазы и дополнительную емкость или индуктивность. Блок выбора поврежденной фазы подключает дополнительную емкость к фазе, отстающей от поврежденной или дополнительную индуктивность к фазе, опережающей поврежденную TI .

Недостатком этого устройства  вл етс  наличие высоковольтных коммутирующих устройств, невозможность плавного регулировани  компенсации активной составл ющей тока однофазного замыкани  и

вли ние дополнительно подключаемых реактивных элементов на настройку компен- сации емкостной составл ющей тока замыкани . Высоковольтных коммутаций и сложности регулировани  можно было бы избежать, применив трезфазный дугогас - щий аппарат, содержащий три катушки с регулируемой индуктивностью, посто нно включенные между фазами сети и землей, однако, при этом остаетс  вли ние настройки компенсации активной составл ющей на компенсацию емкостей составл5иощей, гвозникает опасность феррорезонансных  влений и значительных смещений нейтрали в нормальном режиме, устройство компенсации заметно усложн етс , а надежность его снижаетс  из-оа того, что дугогас щие катушки в фазах непрерывно наход тс  под напр жением.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  компенсации емкостной и активной составл ющих тока однофазного замыкани , содержащее однофазный трансформатор , включенный последовательно с ауго- гас шнм реактором и блок выбора повреж денной фазы, св занный с первичной обмоткой трансформатора и выполн ющий оановременно функции блока распознавани  режима замыкани . При возникновении однофазного замыкани  блок выбора поврежденной фазы распознает указанный режим и подключает первичную обмотку трансформатора к одному из линейных напр жений в зависимости от того, кака  фаза оказываетс  поврежденной 2}. Регулирование компенсации активной составл ющей в данном устройстве весьма затруднительно (особенно в режиме замыкани ), так как должно осуществл ть с  путем переключени  отпаек трансформатора . Это также придает регулированию дискретный характер и снижает еготочность . Настройка компенсации с помощью например, магнитного усилител , включен- ного между блоком выбора поврежденной фазы и первичной обмоткой трансформатора , также малоэффективна поскольку индуктивное сопротивление магнитного усилител , станов сь параметром контура нулевой последовательности сети, измен ет настройку компенсации емкостной состав- л ющей и отвлекает на себ  значительную часть реактивной мощности дугогас щего реактора, что делает реализацию упом ну того магнитного усилител  весьма громоз дкой. Кроме того данное устройство .обла дает недостаточно высоким быстродействием , так как требует времени на осущес вление коммутаций в силовых цеп х при возникновении замыкани , когда высокое быстродействие системы  вл етс  решающим фактором в предупреждении аварийно го исхода однофазного замыкани . При замене трансформатора на генератор переменного тока быстродействие также не повышаетс , поскольку при этом требуетс  значительное врем  на разгон генератора при возникновении замыкани . Кроме того, наличие вращающихс  машин снижает надежность устройства, необходимость же специального их выполнени  повышает стоимость. Это устройство предназначено лишь дл  компенсации токов однофазного замыкани  и не может быть использовано дл  управлени  добротностью контура нулевой последовательности, дл  введени  поисковых сигналов в добротность контура нулевой последовательности и  вл тьс  элементом автоматического регул тора настройки компенсации емкостей составл ющей тока замыкани  и элементом системы подготовки компенсации активной составл ющей в нормальном режиме работы сети. Цель изобретени  - повышение быстродействи  и надежности. Указанна  цель достиг аетс  тем, что в устройство дл  компенсации полного тока однофазного замыкани  на землю, содержащее дугогас щий реактор, вклю- . ченный в нейтраль сети, блок распоз- навани  режима замыкани  и источник напр жени , введены однофазный зависимый инвертор, управл емый выпр митель и диод, причем вход управл емого выпр мител  подключен к источнику напр жени , вход управлени  - к блоку распознавани  режима замыкани , а выход за- шунтирован встречно включенным диодом и подключен к входу однофазного зависимого инвертора, выход которого вклю- чен последовательно с дугогас щнм реактором . Кроме того, однофазный зависимый инвертор выполнен в виде мостовой тиристорной схемы, между анодами и управ- л ющими электродами тиристоров которой включены динисторы, катоды которых подключены к управл ющим электродам тиристоров. При этом, однофазный зависимый инвертор выполнен в виде мостовой тиристорной схемы, между анодами и управл ющими электродами тиристоров которой включены соединенные встречно-последовательно стабилитроны и диоды, причем к управл ющим электродам тиристоров подключены аноды стабилитронов. На чертеже изображена функционально-принципиальна  схема устройства. Схема содержит дугогас щий реактор 1, включенный последовательно с ним однофазный зависимый инвертор 2, соединенный с управл емым выпр мителем 3, который зашунтирован диодом 4. Управл емый выпр митель 3 содержит трехфазную двухполупериодную выпр мительную схему на тиристорах 5, 6, 7, 8, 9 и 10 и блок 11 управлени  тиристорами 5-10. Инвертор 2 состоит из мостовой тиристорной схемы, выполненной на тиристорах 12, 13, 14 и 15, и блока 16 управлени  тиристорами 12 - 15, Устройство снабжено также блбком 17 распознавани  режима замыкани , на вход которого подано напр жение eft) смещени  нейтрали, выход которого подан на вход блока 11 управлени . Блок 16 управлени  содержит динисторы 18, 19, 20 и 21, включенные между анода581 ми и управл ющими электродами тнристоDOB 12 - 15 таким образом, что к управл ющим электродам тиристоров 1215 подключены катоды циннсторов 18-21 Устройство работает следующим образом . В режиме однофазного замыкани  блок 17 распознавани  режима замыкани  подает на вход блока 11 управлени  тиристорами 5-10 управл емого выпр мител  3 сигнал Z , разрешающий по вление на выходе выпр мител  3 посто нного напр жени  U , пропорционального сигналу управлени  Ug . Инвертор 2 преобразует посто нное напр жение Uj, управл емого выпр мител  3 в переменное напр жение E(t) , совпадающее по частоте и противоположное по фазе с током 3 (-t) дугогас щего реактора. В результате инвертор 2 отдает в контур нулевой последовательности сети активную мощность, компенсирующую потери в дугогас щем реакторе и активных проводимост х утечки между фазами сети и землей. Другими словами, введение в контур нулевой последовательности напр жени , противоположного по фазе току через цугогас щий реактор, эквивалентно организации в указанном контуре положительной обратной св зи, за счет чего и)стигаетс  повышение добротности контура нулевой последовательности сети, влекущее за собой (в услови х резонансной настройки дугогас щего реактора) компенсацию полного тока замыкани  в рюжиме глухого однофазного замыкани  на землю и гашение дуги в режиме перемещающегос  дугового замыкани . Регулирование компенсации активной составл ющей осуществл етс  изменением нап- р жени  Un{t) на входе инвертора 2 путем изменени  сигнала oU) «а входе управл емого выпр мител  3, и может быть автоматизировано так же, как и настройка дугогас щего реактора, с помощью соответствующих устройств. Изменение пол рности напр жени  на входе инвертора превращает положительную обратную св зь в отрицательную и вызь вает снижение добротности контура нулевой последовательности. Подробнее работу устройства целесообразно рассмотреть отдельно дл  режима глухого замыкани  и режима перемещающегос  дугового замыкани . В режиме глубого замыкани  контур нулевой послеповательшк-ти сети описыЛ5«7 вае аль гд -H Ej же ток им ( 4 . У P п 51 гд вс Ej 3. 6 с  следующей системой дифференциых уравнений ij(tH(5oe(t)toEg() ,(t) 3(((t)3(t);() e{t)-L- --RXt)-E(t)xO; (3) E.() ,( L - индуктивность ду- гас щего реактора С - активное сопротивление его обмотки; С и qj - суммарна  емкость н и активна  проводимость между фа«« зами сети и землей; cjg - проводимость места замыкани ; e(t) . напр жение смещени  нейтрали; J(tJ - ток через дугогас щий реактор 1; SU) - ток через место замыкани ; (u)t-f V) - ток несимметрии сети в нормальном режиме; -t) - напр жение источника поврежденной фазы. Функциональна  зависимость ft напр и  C(i(fc) на выходе инвертора 2 от а J(t через дугогас щий реактор, ет вид г ( ., ,. -,;i E(t)-U Sicfn ;i(-fc) Вынужденное решение системы {1) ишем в ввпе )зт«( )() едставив сигнал i:(-t) в виде (t)(. U2(t), jl/n; еслм Uj,. колебательный член r(t) содержит гармонические составл ющие гиг-нала Ct) с частотами (2,+l)u), v - 1,2, ... Последним в дальнейших .рпссужденн х -пренебрегаем ввиду фильтрующих свойсгв дугогас щего реактора. Амплиту .j(,..., (c i, expjif. zff ) ,- n 13 0 p-( %-4«,- %n,cosv; „%Лп, Величина J также может быть определена из уравнений (1) - (4), однако, учитыва , что в режиме гЛухого замыкани  в высоковольтной сети 6..7t Е личину 0 с достаточной степенью точности можно определить из выражени  . V4«( Точна  настройка компенсации емкостной составл ющей тока однофазного замыкани  означает выполнение равенства Ч«-р )-« b(c+KS)o- (б) .,,, Выполнение равенства (6) может быть обеспечено путем соответствующей настройки индуктивности U дурогас щего реактора 1. Очевидно, что соответствующим выбором величины Up и, как следствие, Е ц можно одновременно добитьс  выполнени  услови  o)).ь((-Кц), (Г) т. е. компенсации также и активной сос тавл ющей тока замыкани . Необхопимо отметить, что, поскольку, ( )- , настройка компенсации активной составл ющей практически не вли ет на настройку компенсации емкостной составл ющей. Совмёс-тоё выпоинение условий (6) и (7) приводит к тому, что амплитуда i тока через место замыкани  обращаетс  в О, что говорит о компенсации полного тока замьшани . Поскольку величина Ufj , необходима  дл  компенсации активной составл ющей, зависит от параметров сети, эффективность устройства может быть повышена применением какого-чпибо из известных устройств автоматического регулировани  компенсации активной составл ющей. В период бесгоковой паузы в режиме перемещающегос  дугового замыкани  частота и фаза напр жени  Eufi) , onpe-i аел ема  частотой и фазой тока J(-t) через цугогас щий реактор 1, равна час тоге и фазе свободных колебаний в кон-гуре 1нулевой последовательности сети. аа н фаза тока ij(t) через место замыкан1   определ етс  из выражени  jc«RR-|)(c.) . -SI.g -|)() В результате .компенсации потерь в контуре нулевой последовательности сети за счет энергии, отдаваемой инвертором 2, в контуре устанавливаютс  незатухающие колебани , параметры которых можно определить, например методом гармонического баланса из уравнений (1) -(3), положив в них 0. При этом амплитуда 7 и частота cWg, автоколебаний тока 3(-fc) через дугогас щий реактор 1 имеют вид 1 ш 1гс4Ц ctTc Lc При точной настройке компенсации емкостной составл ющей частота автоколебаний равна частоте сети ц , а напр жени  6 (t) смещени  нейтрали противоположна фазе источника поврежденной фазы. Соответствующей настройкой величины Е | , определ емой напр жением Up на входе инвертора можно добитьс  того, чтобы амплитуда напр жени  смещени  нейтрали em V«ab -KR m-E f (9) |завна амплитуде напр жени  источника поврежденной фазы. При этом напр жение на поврежденной фазе поддерживаетс  равным нулю, что приводит к гащению перемежающейс  дуги. Выражени  (8) говор т также о необходимости неогранйченного нарастани  напр жени  смещени  нейтрали при отсутствии автоматичёского регулировани  компенсации активной составл ющей. Работа инвертора 2 происходит следующим образом. При положительном направлении тока o(t) через дугогас щий реактор 1 блок 16 управлени  подает отпирающий сигнал на тиристоры 12 и 14. ЭДС управл емого выпр мител  3 при этом оказываетс  включенной в нейтраль в направлении , сопровождающем с током J(ifeJ/. В следующий полупериод, после изменени  пол рности тока 3(t) тиристоры 12 и 14 запираютс  в св зи с изменением пол рности протекающего через них тока, а блок 16 управлени  подает отпирающий сигнал на тиристоры 13 и 15. Иапр же98

ннеЕц() Р инвертируетс  и ЭДС управл емого выпр мител  продолжает быть включенной в направлении, совпадающем с током C(-t) . При достаточно больших углах запаздывани  отпирани  тиристоров 5-10 управл емого выпр мител  3 может наблюдатьс  обрыв цепи тока 3(-t) , что приводит к скачкообразному повышению напр жени  на инвер торе 2 вплоть до амплитуды фазного напр жени  сети. Это представл ет опасност дл  тиристоров 5-1О и 12-15 инвертора 2 и управл емого выпр мител  3, а также приводит к резкому возрастанию амплитуды напр жени  на поврежденной фазе. Дл  предотвращени  подобных  влений управл ющий выпр митель 3 зашунтирован диодом 4, включенным встречно по отношению к напр жению выпр мител  3, При этом разрыв цепи выпр мител  3 приводит к тому, что ток дугогас щего реактора 1 замыкаетс  внутри инвертора через диод 4.

Схема управлени  тиристорами может быть значительно упрощена, а надежность ее повышени  за счет исключени  возможности короткого замыкани  управл емого выпр мител  3 через тиристоры 12-13 или 14-15 инвертора 2 в случае открывани  одной из пар тиристоров 13 и 15 или 12 и 14 в тот момент, когда тиристоры противоположной пары (соответственно 12 и 14 и 13 и 15) еще не закрылись.

Дл  этого блок 16 управлени  выполн етс  в виде четырех динисторов 18-21 Управл ющие электроды тиристоров 1215 должны быть подключены к катодам динисторов 18-21, аноды динисторов 18-21 должны быть подключены к анодам тех же тиристоров 12-15. Напр жение отпирани  динисторов 18-21 должно превышать максимально возможное значение H|t .

После очередного прохождени  тока C7(t) через нуль все тиристоры 12-15 мостовой схемы оказываютс  запертыми и цепь тока дугогас щего реактора размыкаетс . В результате происходит быстрое нарастание напр жени  Е((.) в пол рности , совпадающей -с пол рностью B(t) . Вместе с этим растет напр жение, приложенное в отпирающей пол рности к тиристорам 12-15, причем напр жение на тиристорах, которых должны быть открыты на данном полупериоде (например

12и 14), оказываетс  больше напр жени  Н9 другой паре тиристоров (например

13и 15) на величину, прчмор о равную

587.10

Е)с . Поэтому напр жение на тиристорах первой пары (12 и 14) и равное ему напр жение на цинисторах 10 и 21 быстрее достигают порога отпирани  динисто- 5 ров 19 и 21, в результате чего в цепи управл ющих электродов именно этой пары по вл етс  импульс тока, отпирающий соответствующие тиристоры. На следующем полупериоде те же процессы повто р ютс  дл  второй пары тиристоров (13 и 15) и динисторов (18 и 19). Динисторы 18-21 в блоке 16 управлени  могут быть заменены на включенные ветре , но-последовательно стабилитроны и дио-

15 ды. В этом случае к управл ющим электродам тиристоров 12-15 должны быть подключены аноды стабилитронов, а к аноалм тиристоров 12-15 подключаютс  аноаы диодов.

20Схема инвертора может быть выполнена и иначе, например со средней точJ кой . Принцип работы устройства при этом сохран етс .

5При отсутствии замыкани  на землю

по сигналу2(-) с блока 17 распознавани  режима замыкани  блок 11 управлени  тиристорами 5-10 прекращает пбдачу управл ющих сигналов на тиристоры

0 5-10. Последние запираютс  и величина Ufi становитс  равной нулю. Таким образом , в нормальном режиме устройство не оказывает вли ни  на процессы в контуре нулевой последовательности сети.

JЕсли не прекращать полностью подачу

управл ющего сигнала на тиристоры 5- 1О в нормальном режиме работы сети, то данное устройство может быть использовано также дл  введени  поисковых ко-

0 лебаний по добротности контура нулевой последовательности сети, что необходимо, например, при построении систем селективной земл ной сигнализации и систем автоматической настройки компенсации

.J емкостных токов. Кроме того, оно позвол ет регулировать добротность контура нулевой последовательности сети. Например , изменение пол рности напр жени  1/п I при соответствующем выполнении нсточника этого напр жени  позвол ет понизить добротность контура нулевой последовательности , что необходимо в нормальном режиме работы сети дл  предотвращени  резонансных перенапр жений, а также перенапр жений, вызванных неполнофазными режимами и феррорезонансными  влени ми . Использование же этого устройства в нормальном режиме без изменени  пол рности Ufi приводит при достижении

118

-ri  осгагоч ой величины к по влению в. контуре нулевой последовательностн сети автоколебаний с параметрами, огсрецел емыми из выражений (8) и (9), Поскольку частота автоколебаний несет информацию о величине и знаке расстройки компенсации, а амплитуда о величине активных потерь в контуре нулевой последовательности сети, то измер   эти параметры при помощи соответствующих устройств, можно в нормальном режиме осуществл ть не только автоматическую настройку компенсации емкостной составп ющей , но также и подготовку к компен сации активной составл ющей тока однофазного сзамыкани  на землю. Все это обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства.

Применение данного устройства позвол ет избежать громоздкого, дорогосто щего и малонадежного силового оборудовани , характерного дл  известных устройств в том числе мощных переключателей и вращающихс  машин с устройствами управлени  ими. Это позвол ет упростить , удешевить и повысить надежность системы компенсации. Последнее особенно важно в сет х предпри тий со взрывоопасной атмосферой, в частности, в сет х горных предпри тий. Элементы предлагаемого устройства - управл емый выпр митель 3 к инвертор 2, практически безынерционны , что обеспечивает устройству высокое быстродействие. Мощность, отдаваема  в сеть инвертором и потребл ема  управл емым выпр мителем, равна Мощности активных потерь в контуре нулевой последовательности при однофазных замыкани х. Это позвол ет, в отличие от известных устройств, избежать выполнени  силового оборудовани  устройства более мощным, чем это требуетс  дл  кмлпенсации активной составл ющей и повышает его экономичность. Совместное применение данного устройства с устройствами автоматической настройки компенсации емкостной и активной составл ющих тока однофазного замыкани  на землю, в том числе в качестве составной части этнй устройств , позвол ет значительно повысить на 58712

цежность работы злокгрнческнх сетей и бесперебойность электроснабжени  потребителей .

Claims (2)

1.Устройство ДЛЯ компенсации полного тока однофазного замыкани  на землю , содержащее цугогас щий реактор, включенный в нейтраль сети, блок распознавани  режима замыкани  и источник напр жени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и надежности, в него введены однофазный зависимый инвертор, управл емый выпр митель и диод, причем вход управл емого выпр мител  подключен к источ-

- нику напр жени , вход управлени  - к t бл оку. рас познавани  ре жима за мыкан и , а выход зашунтирован встречно включенным диодом и подключен к входу однофазного зависимого инвертора, выход которого включен последовательно с дугогас щим реактором.

2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что однофазный зависимый инвертор выполнен в виде мостовой тиристорной схемы, между анодами

и управл ющими электродами тиристоров которой включены динисторы, катоды которых подключены к управл ющим электродам тиристоров3 . Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что однофазный зависимый инвертор выполнен в виде мостовой тиристорной схемь между анодами t и управл ющими электродами тиристоров

которой включены соединенные встречнопоследовательно стабилитроны и диоды, причем к управл1Ьощим электродам тиристоров подключены аноды стабилитронов.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Вильгейм Р., Уотерс М, Заземление нейтрали в высоковольтных системах . М-Л., ГЭИ, 1959, с. 208-210.

2.Там же, рис. 162,6.