Устройство для компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю

Устройство для компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ, содержащее дискретный дугогасящий реактор, одинвьшод которого подключен к нейтрали трансформатора, подсоединенного к-сети, .а второй вывод/ ерез трансформатор тока - к земле, блок выбора повреждергной фазы, подключенньй к обмоткам фазных напряжений трансформатора напряжения, последовательно соединенные подключенный к обмотке нулевой последовательности трансФорматора напряжения первый фазосдвигающий блок, первые формирователь прямоугольных импульсов и фазочувствительный элемент, последовательно соединенные подключенный к первому, выходу блока выбора.поврежденной фазы первый фильтр основной частоты и второй формирователь прямоугольных,импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого фазочувствительного элемента , последовательно соединенные под- ; ключенный к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения второй фазосдвигающий блок,, т)етий формирователь прямоугольных импульсов, второй фазочувствительный элемент, последовательно соединенные подключенньй к обмотке нулевой последовательности трансформатора напряжения второй фильтр основной частоты, четвертьй формирователь прямоугольных импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго фазочувствительного элемента, а также подсоединенньй одним входом к трансформатору тока блок управления реактором, отличающееся тем, что, i с целью повьшения точности настройки и надежности сети, в него введены СЛ блой определения режима сети, шесть .ключей, последовательно соединенные усилитель, третий фазосдвигающий блок, пятьй формирователь прямоугольных импульсов, первый формирователь коротких импульсов на передний и задний фронт, первьй логический эле (;о мент И,.первьй счетчик импульсов, RS-триггёр, последовательно соединенные шестой формирователь прямоугольнь1Х импульсов, второй формиро.ватель коротких импульсов на передний и задний фронт, второй логический элемент И, второй счетчик импульсов, выход которого соединен с вторым входом RS-триггера, причем выходы фазочувствительных элементов соедине/ ны с управляющим входом блока управления реактором соответственно через, первый и второй ключи, три следующих ключа подключены к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения, их.выходы соединены с входом усили

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)! (я) Н 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНий И ОТНРЫТИЙ (21) 3730941/24-07 (22) 27.04.84 (46) 07.12.85. Вюл. ¹ 45 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола ,(72) А.Н.Хабаров, О.А.Петров и А.М.Ершов (53) 621.318.43(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 773822, кл.. Н 02 Н 9/08, 1980..

Авторское свидетельство СССР № 995199, кл. Н 02 J 3/18, 1983. .Авторское свидетельство СССР

¹- 866633, кл. Н 02 Н" 9/08, 1981. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ОДНОФАЗНОГО

ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ, содержащее дискретный дугогасящий реактор, один. вывод которого подключен к нейтрали трансформатора, подсоединенного к сети,.а второй вывод через трансформатор тока к земле, блок выбора поврежденной фазы, подключенный к обмоткам фазных напряжений трансформатора напряжения, последовательно соединенные подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора .напряжения первый фазосдвигающий блок, первые формирователь прямоугольных импульсов и фа- зочувствительный элемент, последовательно соединенные подключенный к первому выходу блока выбора.поврежденной фазы первый фильтр основной частоты и второй формирователь прямоугольных импульсов, выход которого- соединен с вторым входом первого фазочувствительного элемента, последовательно соединенные подключенный к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения второй фазосдвигающий блок,, третий формирователь прямоугольных импульсов, второй фазочувствительный элемент, последовательно соединенные подключенный к обмотке нулевой последовательности трансформатора напряжения второй фильтр основной частоты, четвертый формирователь прямоугольных импульсов, выход которого соедииен с вторым входом второго фазочувствительного элемента, а также подсоединенный одним входом к трансформато.— ру тока блок управления реактором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности настройки В и надежности сети, в него введены блоК определения режима сети, шесть .ключей, последовательно соединенные усилитель, третий фазосдвигающий блок, пятый формирователь прямоуголь- Я ных импульсов, первый формирователь коротких импульсов на передний и зад-" ний фронт, первый логический элемент И, первый счетчик импульсов, RS-триггер, последовательно соединенные шестой формирователь прямоуголь- ©) ных импульсов, второй формирователь коротких импульсов на передний и задний фронт, второй логический элемент И, второй счетчик импульсов, выход которого соединен с.вторым входом RS-триггера, причем выходы фазочувствительных элементов соединены с управляющим входом блока управления реактором соответственно через. первый и второй ключи, три следующих ключа подключены к обмотке фазных напряжений трансформатора напряжения, их,:выходы соединены с входом усили7001

119 теля, а управляющие входы — соответ-. ственно с вторым, третьим и четвертым выходами блока выбора поврежденной фазы, шестой ключ включен между

RS-триггером и управляющим входом блока управления реактором, а управляющие входы первого, второго и шестого ключей подключены.к соответствующим выходам блока определения режима сети, выход первого счетчика соединен с установочным входом второго счетчика, а выход второго счетчика — с установочным входом первого счетчика, первйй и пятый выходы блока выбора поврежденной фазы соединены соответственно с вторым и третьим входами блока определения режима се- ти, четвертый выход которого подключен к блокирующему входу блока управ.ления реактором, первый вход блока определения режима сети и вход шестого формирователя прямоугольных импульсов соединены с обмоткой напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок определения режима сети содержит три преобразователя переменного напряжения в логический сигнал с .Уставками по напряжению, фильтр основной частоты, логический элемент НЕ, логический элемент ИЛИ, три логических элемента И и один логический элемент ИНЕ, причем к первому входу блока определения режима сети подключены входы первых двух преобразователей переменного напряжения в логический сигнал, к второму входу — вход фильт ра основной частоты, а.к третьему входу подключены вход логического элемента НЕ и первый вход логического элемента ИЛИ, выход логического эле- . мента НЕ соединен с первым входом первого логического элемента И, неинверсный выход первого преобразователя переменного напряжения в логический сигнал соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ и с первым входом третьего логического элемента И, а его инверсный вход — с вторым входом первого логического элемента И, йеинверсный выход второго. преобразователя переменного напряжения в логический сигнал соединен с первым входом второго логического элемента И, а инверсный выход— с вторым входом третьего логического элемента И, неинверсный выход третьего преобразователя переменного напряжения в логический сигнал соединен с первым входом логического элемента И-НЕ, а инверсный выход— с вторым входом второго логического элемента И, выход логического элемента ИЛИ соединен со вторым входом логического элемента -HE выходы первого, второго и третьего логических элементов И и логического элемента И-НЕ соединены соответственно с четырьмя выхоДами блока определе.ния .режима сети..

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области электрических сетей.

Цель изобретения — повьппение точности настройки компенсации и на-. дежности сети.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю; íà фиг. 2 — функциональная схема блока выбора. поврежденной фазы; на фиг. 3 — функциональная схема блока определения режима сети; на фиг. 4 - стилизованная ди2 аграмма напряжений блока выбора поврежденной фазы и блока определения режима сети; на фиг. 5 — функциональная схема блока управления дискретным дугогасящим реактором.

К электрической сети подключен трансформатор 1, между нейтралью которого и землей включены последо.вательно соединенные дискретный дуго1р гасящий реактор 2 и трансформатор 3 тока. К реактору подключен блок 4 управления реактором, управляющий его ключами. К обмотке, соединенной в звезду трансформатора 5 напряже1197001 ния сети, подключен блок 6 выбора поврежденной фазы. Между обмоткой нулевой последовательности трансформатора 5 напряжения и управляющим входом блока 4 управления реактором .включены последовательно соединенные первые фазосдвигающий блок 7, формирователь 8 прямоугольных импульсов, фазочувствительный элемент 9 и ключ 10. Между первым выходом блока 6 выбора поврежденной фазы и вторым входом фазочувствительного элемен- та .9 включены последовательно первый фильтр 11 основной частоты и второй формирователь 12 прямоугольных импульсов. Между обмоткой, соединенной в звезду, трансформатора 5 напряжения и управляющим входом блока 4 управления реактором последовательно включены,второй фазосдвигающий блок 13, третий формирователь 14 прямоугольных импульсов, второй фазочувствительный элемент 15 и второй ключ 16.

Между обмоткой нулевой последовательности трансформатора 5 напряжения и вторым входом фазочувствительного элемента 15 последовательно включены второй фильтр 17 основной частоты и четвертый формирователь 18 прямо- . угольных импульсов. К соответствующим выходам блока 6 выбора поврежденной фазы подсоединены три ключа 19—

21, выходы которых подключены к входу усилителя 2?. Последний соединен с управляющим входом блока 4 управ.ления реактором через последователь- но соединенные: третий фазосдвигающий блок 23, пятый формирователь 24 прямоугольных импульсов, первый формирователь 25 коротких импульсов на передний и задний фронт, первый ло1 гический элемент И 26, первый счетчик 27 импульсов, RS-триггер 28 и шестой ключ 29, Между обмоткой нулевой последовательности трансформатора 5 напряжения и вторым входом

RS-триггера 28 последовательно включены шестой формирователь 30 прямоугольных импульсов, второй формирователь 31 коротких импульсов на передний и задний фронт, второй логический элемент И 32 и второй счетчик 33 импульсов. К той же обмотке трансформатора 5 напряжения подключен блок 34 определения режима сети, соответствующие выходы его соединены с управляющими входами первого. второго, шестого ключей и блоки5 !

О

55 рующим входом блока 4 управления реактором.

Блок 6 содержит три преобразователя 35 — 37 переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению, три логических элемента И 38 — 40, логический элемент ИЛИ 41, блок 42 времени, ключи 43 — 45 и усилитель 46.

Блок 34 определения режима сети содержит три преобразователя 47 — 49 переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению, фильтр 50,основной частоты, логический элемент НЕ 51, логический элемент ИЛИ 52, три логических элемента И 53 — 55 и логический элемент ИНЕ 56. Блок 4 управления дискретным дугогасящим реактором содержит последовательно соединенные триггер 57 направления, логический элемент И 58, реверсивный счетчик 59. К выходу последнего подключены три дешифрато- ра: грубо 60, точно 61 и точнее 62, которые соединены с блоком 63 формирования управляющих сигналов. Последовательно включены также формирователь 64 прямоугольных импульсов, делитель 65 и логический элемент И 66.

В схеме имеется также ограничитель 67 счета. Блок 63 формирования управляющих сигналов предназначен для усиления по мощности передаваемого сигнала и согласования параметров силовых цепей тиристоров реактора и цепей управления.

Блок 6 выбора поврежденной фазы предназначен для определения поврежденной фазы сети при однофазном замыкании на землю и вьделении напряжения в месте замыкания U 3 и фазного напряжения поврежденной фазы U д °

Блок 34 определения режима сети служит для распознавания режимов работы сети и получения соответствующих логических, сигналов, использование которых в системе компенса- . ции обеспечивает необходимый алгоритм ее работы. Рассмотрим работу двух этих блоков в целом при различных режимах работы сети.

Напряжения фаз сети Up, U U (фиг. 2) относительно: земли подаются на преобразователи 35 — 37 переменного напряжения в логический сигнал с уставками по напряжению 0,2 U и на основные входы ключей 43 — 45, а напряжение нейтрали подается .на два преобразователя 47 и 48 (фиг.3) 5 11970 переменного напряжения в логический сигнал с.уставками по напряжению соответственно 0,2 U и 0,8 U>.

Уставка по напряжению преобразователя 49 равнй 0,005 U . Если входные напряжения преобразователей меньше напряжения уставок, то их выходные сигналы равны логическому нулю, при превышении напряжения уставок— логической единице. Выбранные уставки ð обеспечивают. изменение: выходного сигнала одного.из преобразователей 35 — 37 только при возникновении в электрической сети однофазного замыкания на землю (033) или исчезновении напряжения на одной из фаз (обрыве фазы - ОФ); выходных сигналов преобразователей 47 и 48, которые позволяют формировать коман-" ду управления для настройки системы компенсации при горении перемежающейся заземляющей дуГи, когда напряжение нейтрали Uy изменяется практически от фазного значения до нуля; выходного сигнала преобразователя 49 д5 при возникновении металлического однофазного замыкания на. землю.

Сигналы 8 с инверсных выходов преобразователей 35 — 37 подаются на входы логических элементов И одноименных фаз (соответственно 38 — 40) и на входы логического элемента ИЛИ 41, а сигналы F с неинверсных выходов— на логические элементы И отстающей и опережающей фаз. Такая схема соеди-,з нений в нормальном режиме работы электрической сети обеспечивает запрет логических элементов И от преобразователей одноименных фаз, а при

40 возникновении однофазного замыкания на землю или обрыве фазы — разрешение для логического элемента поврежденной фазы и подтверждение запрета для логических элементов здоровых фаз.

В нормальном режиме (HP) сигнал Z

45 (фиг. 2) на выходе логического элемента ИЛИ 41 равен логическому нулю, а при возникновении однофазного замыкания на землю или обрыве фазы — сра- зу становится равным логической еди50 нице. Для отстройки от апериодической составляющей тока замыкания на землю, искажающей информацию о настройке компенсации, используется блок 42 времени,которой обеспечиваетзадержку сигнала Е на время, равное 0,2 — 0,5 с.

Когда сигнал Zg становится равным логической единице, снимается запрет

01 на четвертом входе логического элемента И поврежденной фазы и на его выходе появляется сигнал, открывающий соответствующий ключ(один из 43,, 44, 45), благодаря чему на выходе усилителя 46 появляется напряжение поврежденной фазы U в аналоговой форме.

Для выделения основной гармоники Uy из сигнала U используется фильтр основной частоты 50 (фиг, 3).

Сигнал N (фиг. 3) на неинверсном выходе преобразователя 47 в нормальном режиме равен логическому нулю, При превышении напряжением П р величины 0,2 U он становится равным логической единице. Аналогичным образом изменяется сигнал К на неинверсном выходе преобразователя 48, но при превышении напряжением нейтрали Uo величины 0,8 Б, .

Сигнал M на неинверсном выходе преобразователя 49 становится равным логическому нулю, когда напряжение U на поврежденной фазе становится меньше 0,005 U !

При таких величинах напряжения U возможно искажение информации о настройке компенсации вследствие малости самого сигнала.

Для формирования сигналов, характеризующих определенные состояния электрической сети и которые используются для управления отдельными функциональными каналами (блоками системы компенсации), используются логические элементы ИЛИ 52, И 53

55 и И-НЕ 56, на входы которых подаются определенные сочетания логических сигналов (фиг. 3).

Для выявления нормального режима используется логический элемент И 53, на входы которого подаются логические сигналы Z и N.

В нормальном режиме эти сигналы равны логическим единицам, следовательно, и. выходной сигнал Н логического элемента И .53 будет равен логической единице (фиг. 4), Аналогично для выявления однофазного замыкания на землю через переходное сопротивление используется логический элемент И 54, на два входа которого подаются логические сигналы К и М (его выходной сигнал — Е); переходного процесса при горении перемежающейся заземляющей дуги используется логический элемент И 55, на два входа которого подаются логи

197001 8 о 5

10 о

Полученные логические сигналы Н, Е, D u P далее используются в системе автоматической компенсации.

Блок 4 управления реактором работает как интегрирующее устройство. При поступлении от трансформатора 3 тока на его вход синусоидального сигнала (напряжения) он преобразуется в прямоугольные импульсы с помощью формирователя 64 прямоугольных импульсов. Полученные импульсы делятся с помощью делителя 65 и через один из логи-. ческих элементов И 58 или 66 прямоугольные импульсы пониженной частоты воздействуют на вход прямого либо обратного счета реверсивного счетчика 59. Последний изменяет свои состояния. Через дешифраторы 60—

62 и формирователь 63 сигналы поступают на выход блока управления реак-. тором. Они переключают ключи дугогасящего реактора, в результате меняется его индуктивность. Например, если счетчик 59 импульсов работает

I на сложение, то индуктивность дугогасящего реактора увеличивается, а если на вычитание, то индуктив45

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме сети блок 34

50, определения режима сети на выходе выдает нулевые сигналы Е, D и единичный сигнал Н, который замыкает второй ключ 16..На входы фильтра 17 и фазосдвигающего блока 13 подаются соответственно напряжение нейтра55. ли U< и опорное напряжение U „, в качестве которого используется одно из линейных напряжений, снимае7 1 ческие сигналы N и К (его выходной сигнал — D) и металлического однофазного замыкания на землю и обрыва фазы сначала используется логический элемент ИЛИ 52, на два входа которог подаются логические сигналы 2 и N (его выходной сигнал L). Далее сигнал L совместно с логическим сигналом M подается на входы логического элемента И-НЕ 56, выходной сигнал которого — Р.

Таким образом, значение сигнала Н будет равно логической .единице тольк в нормальном режиме работы сети (U <0,2 U ). Сигнал Е будет иметь значение логической единицы только в режиме устойчивого однофазного замыкания через небольшое сопротивление (U > 0,8 U; 0,2 U „>U >

>0,005 ц,).

Сигнал D будет иметь значение логической единицы только в режиме переходного процесса (О, 8 U >U >

>0,2U ; U>)0,20 ).

Сигнал P будет иметь значение логического нуля только в двух режимах: при металлическом однофазном. замыкании на землю (UÄ>0,8 U

U)(0,ОО5 Ц ) и при обрыве одной из фаз..ность реактора уменьшается. Направление счета реверсивного счетчика 59 .

l импульсов определяется состоянием триггера 57 направления. При изменении состояния указанного триггера входным импульсом меняется направление счета реверсивного счетчика 59.

В случае, когда реверсивный счетчик 59 достигнет одного из своих предельных состояний, то ограничитель 67 запретит прохождение импульсов через логические элементы И 58 и 66, поэтому индуктивность реактора меняться не будет. При изменении же состояния триггера 57 направления запрет ограничителем 67 снимается и реверсивнык счетчик 59 будет вновь считать импульсы (но уже в другом направлении).

При расстройке компенсации триггер 57 направления находится в состоянии, соответствующем знаку расстройки компенсации, и обусловливает изменение индуктивности реактора в сторону резонансной настройки.

При резонансной настройке компенсации триггер 57 направления будет периодически реверсироваться, а в системе возникнет автоколебательный режим около точки резонансной настройки. Формирователи 25 и 3 1 коротких импульсов на передний и задний фронт предназначены для формирования коротких импульсов по переднему и заднему фронтам прямоугольных сигналов. Они состоят из двух известных формирователей коротких импульсов (на передний и задний фронты), выходные сигналы которых проходят через дополнительный логический элемент И. Формирователи служат для увеличения информации за один промежуток времени (нанример, за период промьппленной частоты) в два раза. мое с НТМИ. Фазочувствительный эле35 Применение устройства повышает надежность работы сети.

9 11 мент 15 осуществляет настройку дуго гасящего реактора 2 по фазе между указанными напряжениями. Резонансной настройке соответствует нулевой угол между напряжениями U и П „ .

При однофазном замыкании на землю через небольшое сопротивление блок 34 определения режима сети выдает на выходе нулевой сигнал Н, D и единичный сигнал Е. Соответственно ключ 10 замыкается, .а ключ 16 размыкается.

На фазочувствительный элемент 9 через соответствующие блоки будут подаваться напряжения поврежденной фа-. зы U с первого выхода блока 6 выбо) ра фазы и напряжение нейтрали Uo с трансформатора 5 напряжения. Таким образом, в режиме устойчивого однофазного замыкания на землю будет осуществляться настройка дугогасящего реактора 2 по фазе между указанными напряжениями. При резонансной настройке угол между напряжениями U и U будет равен нулю. Если при этом о в сети возникнет металлическое однофазное замыкание на землю и напряжение U> станет менее 0,5 U< то сигнал P на выходе блока 34 станет нулевым и обеспечит запрет работы блока 4 управления реакто,ром. Последний будет помнить предшествующую настройку. В результате индуктивность реактора 2 меняться не будет.

При однофазном замыкании на землю через перемежающуюся дугу сигналы Н

97001 10 и Е на выходе блока 34 будут нулевыми, а сигнал D станет равным логической единице и соответственно ключи 10 и 16 разомкнутся, а ключ 29 замкнет ся. На вход соответствующего канала (блоки 19 " 33) будут поступать напряжение нейтрали Б и фазное напряжение поврежденной фазы Б » через один из ключей 19 — 21. Этот ключ

10 включается соответствующим выходным сигналом блока 6 выбора поврежденной фазы. При прохождении через нуль сигналов Uo u U „ формируются короткие импульсы, которые просчи1S тываются соответственно счетчика ми 33 и 27. В зависимости от соотношения частот f u f указанных напряо жений один из счетчиков 33 или 27 просчитывает до заданного числа и

20 установит в соответствующее состоя ние RS-триггер 29. Одновременно . с этим он осуществит сброс в нулевое состояние другого счетчика.

Сигнал с .выхода RS-триггера через

25 ключ 29 поступит на управляющий вход блока 4 управления реактором и обеспечит изменение его индуктивности в сторону резонансной настройки.

При этом частота f будет изменятьЗО ся, приближаясь к частоте f .сети.

Резонансной настройке компенсации соответствует равенство частот f и fc1197001

1197001

ИИ

Фие.f

Составитель О.Наказная

Редактор Н.Данкулич Техред М.Пароцай Корректор С.Шекмар

Заказ 7572/54 Тираж 619 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4