Устройство для автоматической настройки тока компенсации в режиме однофазного замыкания на землю в электрических сетях карьеров

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для испольэо-, вания в высоковольтных карьерных электрических сетях, питаюших синхронные электродвигатели экскаватора. Цель изобретения - повыщение надежно сти и улучшение условий электробезопасности при выборе синхронных электродвигателей. Устройство для автоматической настройки тока компенсации в режиме однофазного замыжания на землю содержит дугогасящий реактор с подмагничиванием 15 постоянным током, включенный в нейтраль синхронного электродвигателя 19 экскаватора , мощностью равной зарядной мощности питающей экскаватор линии, трехфазный выпрямитель 13, входной трансформатор 1, фазово-частотный фильтр 2, подключенный к выходу входного трансформатора и фазово-частот-- ного фильтра. Новым в устройстве является то, что оно снабжено интегрируЮЕЦим звеном со сбросом 4, амплитудным детектором 5, функциональным преобразователем 6 и релейным регулятором тока 7 с управлением в функции частоты ЭДС выбега синхронного электродвигателя экскаватора, i- 5 ил. СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) д() 4 Н 02 Н 9/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4268387/24-07 (22) 12.05.87. (46) 23.03,89, Бюл,И - 1 1 (71) Чувашский государственный университет им. И.Н,Ульянова (72) И.Н.Степанов, В,И.Лошкарев и IG.Ã.Áàöåæåâ (53) 621.316,723,4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

I(- 1080231, кл. Н 02 Н 9/08, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1184045, кл. Н 02 Н 9/08, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТ01(АТИЧЕСКОЙ

НАСТРОЙКИ ТОКА КОМПЕНСАЦИИ В РЕЖИ14Е

ОДНОФАЗНОГО ЗАМ>1КАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ КАРЬЕРОВ (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использо-, вания в высоковольтных карьерных электрических сетях, питаюших синхронные электродвигатели экскаватора.

Цель изобретения — повышение надежности и улучшение условий электробезопасности при выборе синхронных электродвигателей, Устройство для автоматической настройки тока компенсации в режиме однофазного замы кания на землю содержит дугогасяший реактор с подмагничиванием 15 постоянным током, включенный в нейтраль синхронного электродвигателя 19 экскаватора, мощностью равной зарядной мощности питающей экскаватор линии, трехфазный выпрямитель 13, входной трансформатор 1, фаэово-частотный фильтр 2, подключенный к выходу вход" ного трансформатора и фазово-частот-. ного фильтра. Новым в устройстве является то, что оно снабжено интегрируюшим звеном со сбросом 4, амплитудным детектором 5, функциональ" ным преобразователем 6 и релейным регулятором тока 7 с управлением в функции частоты ЭДС выбега синхронного электродвигателя экскаватора, ь

5 ил.

1467663

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования B высоковольтных карьерных электрических сетях, питающих синхронные электродвигатели экскаваторов.

Цель изобретения — повышение надежности и улучшение условий электробезопасности при выбеге синхронных электродвигателей, На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2— регулировочная характеристика дугогасящего реактора с подмагничиванием; на фиг.З - графики характеристик за- 15 висимостей индуктивности рабочей обмотки дугогасящего реактора с подмагничиванием, тока подмагничивания и сигнала на выходе амплитудного детектора от изменения частоты

ЭДС выбега синхронного двигателя фСД); на фиг.4 — расчетная схема силовой цепи. контура регулирования тока подмагничивания; на фиг.5— график изменения тока подмагничива-. 25 ния в.о времени.

Устройство содержит входной трансформатор 1, фазово-частотный фильтр

2, блок 3 сравнения фаз, интегрирующее звено 4 со сбросом, амплитудный 30 детектор 5, функциональный преобразователь 6, релейный регулятор 7 тока, в который входят суммирующий усилитель 8, релейный усилитель 9, силовой ключ 10, датчик 11 тока и шунтирукщий диод 12, трехфазный выпря-. митель 13, трехфазный трансформатор 14, дугогасящий реактор 15 с подмагиичиванием (ДРП) .

Кроме того, на фиг,1 изображены 0 элементы электрической сети: выключатели на головном участке 16, в конце участка 17 питающей линии 18 и синхронный двигатель 19. На фиг. 3— графики характеристик зависимостей индуктивности рабочей обмотки gPII

20, тока подмагничивания 21 и сигна.=ла на выходе амплитудного детектора

22 от изменения частоты ЭДС выбега

СД. Контур регулирования представлен в виде последовательно соединенных

50 силового ключа 23 активных сопротивлений источника 24 напряжения r открытого силового ключа r„25, йунта

r 26, обмотки 27 подмагничивания ц У 55 г„и индуктивности L„28 обмотки подмагничивания реактора.

Работа устройства основана на принципе измерения частоты ЗДС выбега

СД и регулирования тока подмагничивания для получения резонанса токов в контуре, образованном суммарной емкостью питающей линии и индуктивностью рабочей обмотки реактора.

В нормальном режиме сети до возникновения замыкания на землю в цепи обмотки подмагничивания реактора устанавливается ток подмагничивания, определяемый по регулировочной характеристике ДРП (фиг.2). Индуктивность L находится из условия резоГ нанса в контуре нулевой последовательности сети на частоте напряжения питающей сети, т,е.

L

) где у — угловая частота напряжения питающей сети;

С вЂ” суммарная емкость фаз на землю питающей линии и статорных обмоток двигателя, I

В связи с тем, что длина питающей линии 18 в процессе эксплуатации остается неизменной, величина емкости

С, зависящая в основном от длины линии, также постоянна. Поэтому в нормальном режиме сети регулирование тока компенсации не требуется.

При возникновении замыкания одной фазы на землю в питающий линии происходит в начале отключение выключателя

16 на головном участке линии и начинается выбег синхронного двигателя, Индуктивный ток реактора протекает через место повреждения и компенсирует емкостный ток замыкания на землю, Однако изменение частоты Q ЗДС выбега

СД в соответствии с выражением (1), где вместо частоты Q, подставляется частота Q, при постоянной индуктивности L вызывает расстройку режима компенсации, что может привести к опасным последствиям однофазных замыканий. Длительность воздействия

ЭДС выбега на ток замыкания значительна, она определяется разностью моментов отключения выключателей 16 и 17. Выключатель 17 не может отключаться одновременно с выключате-" лем 16, так как его отключение зависит от уставок реле минимального напряжения на зажимных синхронного двигателя и реле времени, необходимых

t в карьерных сетях для отстройки от ложных срабатываний защиты минималь1467663 ного напряжения при пусках соседних двигателей, питающихся по другим линиям от распределительного устройства понижаюшей подстанции, Для поппержания резонансного режима при уменьшении частоты И индуктивность L как показывает выражение (1), должна изменяться обратно пропорционально квадрату частоты. Расчетная зависимость L)(Ю) (криная 20, фиг.3) позволяет находить с помошьк1 регулировочной характеристики ДРП (фиг ° 2) желаемую величину тока подмагничивания 1„ для любой частоты И 15 (кривая 21, фиr,3), Кривые построены для примера использования ДРП мощнос— тью 20 кВт в сети 6 кВ с учетом. ограничения настройки тока компенсации на частоте (2 = 100 с ° Увеличение 2р диапазона настройки тока компенсации нецелесообразно, так как при частотах ниже указанной в сетях наблюдается значительное снижение ЭДС выбега СД и энергия, выделяемая в месте повреж- 25 дения, мала. Кроме того, увеличение ,циапазона регулирования индуктивного . тока реактора требует излишнего увеличения его габаритов и дополнительного расхода активных материалов.

При отключении питающей линии 18 выключателем 16 питание обмотки подмагничивания дугогасящего реактора осуществляется от изменяющейся во времени ЭДС выбега СД, Постоянная

35 времени изменения этой ЭДС в процессе эксплуатации зависит от коэффициента загрузки синхронного двигателя.

Использование релейного регулятора тока с отрицательной обратной связью 40 по току обеспечивает поддержание требуемого тока подмагничинания для соответствующей частоты И независимо от изменения ЭДС ныбега СД, При этом схема регулирования тока i значительно упрощается из-за применения простого трехфазного неуправляемого выпрямителя, Входной трансформатор 1, подключенный к выходу трехфазного трансформатора 14 служит для получения соответ5Р ствующих уровней напряжений на входах фазово-частотного фильтра 2 и блока 3 сравнения фаз. Фазоно-частотный фильтр 2 изменяет фазу выходного сигнала относительно входного при

55 изменении частоты ЭДС ныбега СД. В блоке 3 сравнения фаз производится выделение импульсов постоянной амплитуды с длительностью, занисяии и от разности фаз нхопных сигнллог . ПолI ключенное к его выходу интегрирующее зненс 4 со сбросом предназначено для преобразования входных пмпульсс н н линейно-нарастакнпее напряжение с последукшим сбросом выходного напряжения н периоды отсутствия входных импульсов. Лмплитудный детектор 5 обеспечивает выделение и запоминание амплитуд. сигнала, соотнетствук пих каждому предшествуюшему моменту сброса напряжения на выходе интегрируюшего звена, Функциональный преобразователь 6, соединенный с выходом амплитудного детектора 5, формирует желаемую зависимость управляющего напряжения для регулятора 7 тока по напряжению на выходе амплитудного детектора. Применение в целом фазовочастотного фильтра совместна с блоком сравнения. фаз и последовательно соединенными интегрируюким звеном, амплитудным детектором и функциональ-.. ным греобразовгтелем позволяет формировать напряжение управления релейным регулятором 7 тока с требуемой зависимостью от изменения частоты ЭЛС выбега СД..

С выхода функционального преобразователя 6 сигнал поступает на вход регулятора 7 тока, в качестве кото рого используется один вход суммирующего усилителя 8 с выходом, подключенным к входу релейного усилителя 9, Силовой ключ 10 управляется сигналом с выхода релейного усилителя

9, который охвачен контуром отрицательной обратной связи по току, образованным датчиком 11 тока через другой вход суммирующего усилителя 8, Одни выводы силового ключа 10, датчика 11 тока и шунтирующего диода 12 имеют обшую точку соединения, а другие выводы этих элементов подключены к трем клеммам регулятора 7 тока, Диод 12 шунтирует последовательно содиненные датчик тока и обмотку подмагничивания при отключениях силового ключа, создавая путь протекания тока подмагничивания, обусловленного накопленной энергией в индуктивности обмотки подмагничивания. Трехфазный выпрямитель 13, связанный через трехфазный трансформатор 14 с зажимами синхронного электродвигателя, обеспечивает питание обмотки подмагничива1467663

1 макс (3) Ln

Ri ° (4) г +r„ (6) (7) 55 ния через последовательно соединенные силовой ключ 10 и датчик ll тока.

В релейном регуляторе тока испольФ зован метод двухпозиционного регули5 рования, в соответствии с которым отпирание силового ключа, включенного последовательно с обмоткой подмагничивания, осуществляется при уменьшении тока 1„ до одного заданного уров- 10 ня, а запирание — при увеличении тока 1п До ДРУгого заДанного УРовнЯ.

Для обеспечения заданных уровней, т.е. разности максимального и минимального значений токов 1„ в, регуляторе 15 тока применен релейный усилитель 9 с определенной шириной гистерезисной петли. Суммирующий усилитель формирует на выходе напряжение, прогорциональное разности сигналов, поступа- 20 ющих Hà его входы с функционального преобразователя 6 и безынерционного датчика 11 тока, соответствукщих заданной. частоте ЭДС выбега СД и истинному значению тока подмагничивания. Если величина напряжения на входе релейного усилителя, знак которой также зависит от знака разности сигналов на входах суммирующего усилителя, превысит заданные по- 30 роги напряжения, определяемые шириной петли гистерезиса, то происходит переключение релейного усилителя, управляющего силовым ключом.

Основными параметрами для релейного регулятора тока являются рабочая частота f величина колебаний тока

Ф

1, постояни m макс н мин ные времени контура регулирования тока подмагничивания с, и 2 соответ- 40 ствующие включенному состояниям силового ключа. Для определения взаимо-: связи между этими параметрами рассмотрим схему силовой цепи контура регулирования и график изменения тока 45 подмагничивания (фиг.4 и 5). Силовой ключ 23 подключает обмотку подмагничивания реактора к источнику питания с напряжением 1 1 при достиже— нии тока подмагничивания величины 5<

За время включения Т ключа мин ток i увеличивается по экспоненте

И (фиг. 5) с постоянной времени

C L„/(rl, + r„+ г„, r„), (2) 6

Б,1 .т„(с, -Те/à — (1-1 ) + i 1

R "МНИ 7 где В = г,+ гк+

+ гы+ г„— суммарное активное сопротивление контура регулирования, При отключении ключа в течение времени Т, ток 1„ протекает через шунтируюший диод благодаря накопленной энергии в обмотке подмагничивания.

Он убывает с постоянной времени, равной до значения который равен

ll мии

1 1 . (5)

ll мин — nlulaKc

Из выражений (3) и (5) находятся интервалы времени, соответствуюшие открытому и закрытому состояниям силового ключа:

Ug /R 1 nмин

Т

U J /R 1имсю кс т ж с 1П == = === б о

1Имин

Период колебаний тока подмагничивания Т состоит из суммы интервалов времени Т и Т и частота колебаний

В о тока 1„равна л. UJ/R — 1 и мин

1/(г. 1п — — - — — -м — — +

Ц /® 1И макс

+ . 1п -,--"-юя.кс — -) (я)

Я.

"И Мик

Полученное уравнение отражает искомую взаимосвязь между параметрами релейного регулятора тока и контура регулирования. Она позволяет найти оптимальные пороги срабатывания релей— ного усилителя в зависимости от диапазонов изменения напряжения 1. на выходе трехфазного выпрямителя, индуктивности обмотки подмагничивания дугогасящего реактора и величины колебаний тока подмагничивания gi„, Среднее значение тока подмагничи— вания за один период при известных

ВЕЛИЧИНаХ1 м И 1и МОЖНО оценить приближенно по выражению опреи достигает величины „ деляемой согласно выражению

° 1и макс + 1и мин

1И

1467663

Для поддержания тока i соответствующего частоте (Q, как следует из анализа работы релейного регулятора тока, сигналы на входах сиуммирующего усилителя должны изменяться по идентичному закону в функции от частоты

Я, только они должны быть противо»положного знака. Если на одном входе суммируюшего усилителя присутствует напряжение U(i„)- пропорциональное току „ и оно изменяется по графику, приведенному на фиг ° 3 (кривая 21), то на другом его входе, связанном с выходом функционального преобраэова- 15 телл, график изменения напряжения

U() должен полностью соответствовать кривой изменения напряжения П(„), 4 ормирование сигнала управления

U() с требуемой характеристикой от 20 изменения частоты производится последовательно соединенными интегриру-. ющим звеном 4 со сбросом, амплитудным детектором 5 и функциональным преобразователем б, Для измерения 25 частоты ) вначале при помощи фазовочастотного фильтра 2 изменение частоты преобразуется в разность фаз двух сигналов. Фазово-частотный фильтр выполнен в виде последовательно соеди- 30 ненных элементов — индуктивности, емкости и активного сопротивления.

Резонансная частота фильтра выбирает-. ся равной круговой частоте сети 61, и разность фаз между сигналами на входе 35 и выходе фильтра определяется выражением (10)

40 где Q — добротность фазова-частотного фильтра, Блок 3 сравнения фаз формирует на выходе прямоугольные импульсы фиксированной амплитуды со скважнос- 45 тью, равной q/сй. Эти импульсы преобразуются в ивтегрируюшем звене. в линейно-нарастающее напряжение, Как отмечалось выше, постоянная времени изменения частоты ЭДС выбега СД зависит от коэффициента его загрузки и для уменьшения ошибок преобразования длительности импульсов в напряжение, каждый раз при отсутствии импульсов производится сброс выходного напряжения интегрирующего звена, Подключенный к его выходу амплитуд-. ный детектор 5 выделяет амплитуду сигнала и поддерживает ее значение на своем выходе постоянным в моменты отсутствия импульсов иа входе интегрируюшего звена, т.е. выполняет функцию запоминания сигнала, Изменение сигнала на выходе амплитудного детектора происходит в сторону увеличения только при превышении напряжения на его входе. Зависимость выходного сигнала амплитудного детектора и от изменения частоты U (Q) имеет вид кривой 22, представленной на фиг.3, которая преобразуется функциональным преобразователем в сигнал управления

U(Q) с графиком изменения, совпадак щим с кривой 21 (фиг.3), Таким образом, задающее напряжение на одном входе суммирующего усилителя зависит от изменения частоты, и релейный регулятор тока поддерживает ток подмагничивания, соответствующий требуемой индуктивности рабочей обмотки дугогасящего реактора.

Применение предлагаемого устройства,включающего небольшие дугогасяшие реакторы с подмагничиванием с мощностью, равной зарядной мошности отдельных питающих линий экскаваторов, установленные в нейтрали синхронных электродвигателей и снабженные релейными регуляторами тока с управлением в функции частоты ЭДС выбега СД, позволяет полностью компенсировать емкостный ток замыкания на землю, ликвидировать режим перемещающейся дуги, сопровождаюшейся перенапряжением в сети, и снизить уровень токов, растекающихся от мес-, та замыкания, что в целом повышает надежность функционирования карьер" ных сетей и улучшает условия электробезопасности, Формула изобретения

Устройство для автоматической настройки тока компенсации в режиме однофаэного замыкания на земпк в электрических сетях карьеров, содержащее дугогасящий реактор с подмагничиванием, трехфазный трансформатор с первичными обмотками, подключенными к выводам статорной обмотки синхронного двигателя, трехфазный выпрямитель, один вывод которого подключен к обмотке подмагничивания, входной трансформатор с входами, соединенными с выводами вторичной обмотки трехфазного трансформатора, фазово10

1467663 рю

rig

100 150 2О gpss

Фйс?. Я

Составитель Б,Жохов

Техред J1.Ñåðäþêîâà

Корректор M. Васильева

Редактор Е,Папп

Тираж 605

Подписное

Заказ 1205/50

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 частотный фильтр, подключенный к Bbl» ходу входного трансформатора, блок !

I сравнения фаз с входами, соединенными. с выходами входного трансформатора и фаэово-частотного фильтра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и улучшения условий электробезопасности при выбеге синхронных электродвигателей, оно снабжено интегрирующим звеном со сбросом, амплитудным детектором, функциональным преобразователем и релейным регулятором тока, причем вход интегрирукщего звена со сбросом подключен к выходу блока сравнения фаз, а его выход — к входу амплитудного детектора, выход которого соединен с входом функционального преобразователя, вход релейного регулятора тока подключен к выходу .функционального преобразователя, а его выходы соединены один — со свободным выводом трехфазного выпрямителя, а два других — с выводами обмотки подмагничивания дугогасящего реакто ра, рабочая обмотка которого включена между нейтралью статорной обмотки синхронного двигателя и землей.