Авторегулятор компенсации емкостных токов для нормального режима работы сети

 

Изобретение относится к электроэнергетике , а именно к релейной защите и автоматике в трехфазных распределительных сетях с резонансным заземлением нейтрали, и может быть использовано в нормальном режиме работы сети с дугогасящим реактором плунжерного типа для автоматической настройки ком

(SOS 02 Н 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

N CBTOPCNOINV УУИДЕТУП СТВУ

Ur(t) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П4НТ СССР (21) 4794974/07 (22) 23,02.90 (46) 15.01.92. Бюл, В" 2 (71) Донецкий политехнический институт и Институт прикладной математики и механики АН УССР (72) В.К. Обабков, Ю.Н, Цеауевский и jl.8. Мельников (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1" 1494106, кл. Н 02 Н 9/08, 1987.,.SU„„1705948 А 1

2 (54) АВТОРЕГУЛЯТОР КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТHHX ТОКОВ ДЛЯ НОРМАЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОTbl СЕТИ (57) Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к релейной защите и автоматике в трехфазных распределительных сетях с резонансным заземлением нейтрали, и может быть использовано в нормальном режиме работы сети с дугогасящим реактором плунжерного типа для автоматической настройки ком3

170594 пенсации емкостных токов однофазных замыканий на землю. Целью изобретения является повышение надежности, точности и быстродействия. Цель достигается тем, что авторегулятор содержит подключенные к сети 1 дугогасящий реактор 2 плунжерного THhs r HcllohHH тельным устройством 3 привода реактора 2 и блок 4 измерения реактивной проводимости контура нулевой последовательности сети 1, имеющий линейную характеристику и снабженный блоком 5 распознавания режимов работы сети 1, сумматор 6, на первый вход которого подан выход блока 4 измерения реак"

1 тивной проводимости контура нулевой последовательности сети 1, имеющего линейную характеристику, второй вход порключен к выходу блока 7 задания уставок, а выход через ключ 8, управляемый блоком 5 распознавания режимов работы сети 1, подключен к входу релейного звена 9 с зоной нечувствительности, выход которого подключен к входу исполнительного устройства 3 привода дугогасящего реактора 2,вход которого подключен к выходу релейного звена 9 с зоной нечувствительности, а выход - к вычитающему входу сумматора 6. 4 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к релейной защите и автоматике в трехфаэных распределительных сетям с резонансным заземлением нейтрали, и может быть 25 использовано в нормальном режиме работы сети с дугогасящиМ, реактором (ДГР) плунжерного типа для автоматической настройки компенсации емкостных токов однофазных замыканий на землю.

Целью изобретения является повыше-"

we надежности, точности и быстродействия, На фиг. 1 показаНа функциональная схема предлагаемого авторегулятора; на фиг, 2 - функциональна№ схема релейного звена с зоной нечувствительности, а также исполнительного устрой ства привода ДГР и модели инерции при-, вода ДГР; на фиг ° 3 - фаэовые траек40 тории, характернЫе для известного вв торегулятора; на фиг, 4 - фазовые траектории, характерные для предлагаемого авторегулятора.

Лвторегулятор содержит подключенные к сети 1 (к ее нейтрали) дугогасящий реактор 2 (ДГР) плунжерного типа с исполнительным устройством (ИУП)

3, являющимся приводом плунжерного реактора 2, и блок 4 измерения реак50 тивной проводимости (БИР) контура нулевой последовательности сети (КНПС), имеихций линейную характеристику, т.е. линейную зависимость 0(УР) сигнала управления U от реактивной проводи55

1 мости Y У С - — КНПС, и снабжен9 QI. ный блоком 5 распознавания режимов работы (6PP) сети, сумматор 6, один вход которого соеринен с выходом блока 4 измерения реактивной проводимости КНПС, имеющего линейную характеристику, другой вход - с выходом блока 7 эаданил уставок (БЗУ), а выход через ключ 8, управляемый блоком 5 распознавания режимов работы сети, с выходом релейного звена 9 с зоной нечувствительности, выход которого подключен к входу исполнительного устройства 3 привода реактора 2. Ключ

8, релейное звено 9 и исполнительное устройство 3 образуют блок управления реактором. Лвторегулятор снабжен моделью 10 инерции провода (МИП) ругогасящего реактора 2, вход которой подключен к выходу релейного звена 9 с

Зоной нечувствительности, а выход - к третьему вычитающему входу сумматора

6. В качестве блока 4 измерения реактивной проводимости КНПС могут быть использованы лишь те известные указа гели расстройки компенсации, которые имеют линейную характеристику измерения.

НоделЬ 10 инерции привода ДГР 2 представляет собой в простейшем случае инерционное звено с постоянной времени, равной постоянной времени привода ДГР 2.

На фиг. 2 обозначены: 11-14 - пороговые элементы, определяющие зону нечувствительности звена 9; 15 и 16транзисторные ключи с защитными диодами 17 и 18; 19 - выходное реле (К1) с контактами 20-23; 24 - выходное реле (К2) с контактами 25-28; 29 - двиIBTehb привода ДГР, инерционное звено

1705948

U -Г(и )=

I если если 11 Я, ); (4) если U (1, О, -1, dl(t) t ч(С) °

1 где 1

С

Ь!1Ч

КЕ р

55 dl (t) — =- v(t) на резисторах 30-32 и конденсаторе

33, моделирующее инерцию привода ДГР.

На Фиг. 3 обозначены: 34 и 35линии переключения; 36 и 37 -сепарат5 рисы; 38 - пример аэовой траектории.

На фиг. 4 обозначены: 39 и 40линии переключения; 41 и 42 - асимптоты; 43 - пример Фазовой траектории, Лвторегулятор работает следующим образом.

В нормальном режиме работы сети, который определяется блоком 5 распознавания режимов работы сети, например, по Факту непревышения степенью (5 смещения нейтрали заданной величины (обычно 157), ключ 8 замкнут и выходной сигнал U(t) блока 4, пропорциональный реактивной проводимости У

КНПС: U(t) Y. v-(t), проходит на вход

Р 4 релейного звена 9 с зоной + б нечувствительности. Если в КНПС имеется достаточно значительная расстройка резонансного состояния. т.е. если реактивная проводимость ч КНПС носит

P емкостный индуктивный характер и достаточно значительна по абсолютной величине, то сигнал U (t) на входе pet лейного звена 9 превышает уровень

+ о (выходит за пределы + g эоны не- 30 чувствительности) и на исполнительное устройство 3 поступает сигнал

U>(t) о необходимости изменения индуктивности L ДГР в ту или другую сторону. По мере приближения КНПС к резонансу реактивная проводимость Ур

КНПС уменьшается, вместе с ней уменьшаются и абсолютные величины сигналов

U(t) и U (t) до тех пор, пока сигнал

u (t) не попадет в пределы эоны не- 40 чувствительности. + 3 релейного звена 9.

Работу устройства вблизи зоны нечувствительности иллюстрируют фазовые траектории (Фиг. 3 и 4), отражаю- 45 щие процесс резонансной настройки при отсутствии и при наличии модели 1О инерции привода,ОГР.

Изображенная на фиг, 1 схема в случае отсутствия блока 10 модели инер- 50 ции привода описывается системой уравнений:

-- ) - KЕ 1(t);

1 (1) КР®с L

u (t) - U(t) - UÄ(t)+ И;

u„(t) - o; ч U - v(t) (6) dv(t) 1

Т зазор в магнитопроводе плунжерного ДГР 2; ширина зоны нечувствительности; скорость изменения зазора в магнитопроводе ЛГР 2; постоянная времени механической части IllP; суммарная емкость сети; индуктивность,9ГР 2; уставка, задаваемая блоком 7; установившаяся скорость изменения зазора ДГР 2; коэффициенты пропорциональности, t

Уравнение (1) описывает связь индуктивной проводимости ((д1,) ДГР 2 с величиной воздушного зазора в магнитопроводе, которая у ДГР плунжерного типа носит близкий к линейному характер, Уравнение (2) отражает линейный характер преобразования блоком 4

-t реактивной проводимости AC - (GAL)

КНПС в выходной сигнал U (с коэффициентом пропорциональности, равным

К ). Уравнения (3) и (4) описывают сумматор 6 и релейное звено 9 с зоной нечувствительности соответственно.

Уравнение (5} следует из определения скорости v движения плунжера Л,ГР 2.

Уравнение (6) описывает инерционные свойства (как у апериодического звена) привода ИГР 2 (с постоянной времени Т и установившейся скоростью движения плунжера, равной v ). После соответствующих подстанов к и исключения промежуточных переменных gL U, U и предположения, что ДП = О, система уравнений (1)-(6) преобразуется к виду:

dv(t) 1

Т вЂ” ч F (1) - v(t) (8) Ф

1705948

1 урн 1С - (QC» ) 3

1 О е <р

Q np@ 1c((Qc» у-) (ус+ 3 (97

Г1 У 1 а.

L е, c

-1 при 1) ((д с + — ) ° г.ф Ку базовые траектории для системы уравнений (7)-(9) определяются дифФеренциальным уравнением первого по рядка ,- --, „--, - d (1) 1 rvW14(1) решения которого представляют собой выражения следующего вида;

1 1о + Т(чо v) (11)

np F (1) " 0 t.е, при 1 — ((bC-! Кр

- — ) — (ИС + —,), 1 3

Кр К K

1 lо + Т (vo -v) + Тч la

1 при F (1) 1, т.е, при 1< — (Ц С) з

К (12), чо+чь

1 1 +T(v «ч) «Тч lп о ч+чФ

1 при f (1) -1, т.е. при 1) — (ЯС +

+ --), 3 (13) где 1 и v - начальные условия соото о ветственно по величине 1 зазора в ДГР

2 и по скорости ч движения плунжера

ДГР 2. фаэовые траектории системы, соответствующей известному авторегулятору (уравнения (11;)-(13)), показаны на фиг. 3, Они имеют линии 34 и 35 переключения, характеризующиеся уравнениями

1 = — (ЯС» — )

3 (14)

= кф кр

55 — (ИС + -), 3 (14)

"е и асимптоты 36 и 3, характеризующие- ся уравнениями ч v и v «чч .

Рассмотрим процессы в системе, происходящие при пуске с начальных условий ч 0 и 16 О (кривая 38 на фиг. 3), предполагая, что v 1/30 с, Т 1 с, | = 0,002 Кр К11 (что соответствует обьчным параметрам плунжерных ДГР) и что ширина зоны нечувствительности соответствует макV„(t) - >v(t). (16) симальной расстройке ho реактивной проводимости, равной 0,23 максимальной реактивной проводимости ДГРеВнешний восходящий участок фаэовой траектории 38. соответствует разгону привода ДГР 2 после пуска, произошедшего вследствие возникшей скачкообразной

DBccipoHKH компенсации, когда линии

34 и 35 переключения заняли показанные на фиг. 3 положения. Для рассматриваемого примера резонансная настройка КНПГ, характеризующаяся равенством

УР О, наступает при 1 = 0,5, Ли-. нейные участки фазовой траектории 38 между линиями 34 и 35 переключения соответствуют движению привода ДГР 2 по инерции после отключения привода вледствие попадания сигнала V (t)

- V(t) в зону нечувствительности

f-в,6 ) релейного звена 9. Нисходящий и внутренний восходящий участки фаэовой траектории 38 соответствуют движению механической части ДГР 2 после реверса привода вследствие выхода сигнала V (t) за пределы зоны нечувствительности (- о, g релейного звена 9 (т.е. вследствие перерегулирования). Очевидно, что переходный процесс в указанном случае носит колебательный характер с неоднократными перерегулированиями, т.е. неоправданными реверсами привода ДГР 2, что снижает надежность и долговечность привода, а также затягивает переходный процесс во времени (что снижает быстродействие). При сужении эоны нечувствительности звена 9 переходный процесс имеет характер незатухающих автоколебаний (т,е. система повторяет асимптотическую устойчивость), что приводит к быстрому выходу иэ строя привода ДГР 2 и поэтому недопустимо.

Рассмотрим теперь влияние вводимого в предлагаемый авторегулятор блока

10 модели инерции привода ДГР -2.

При наличии блока 10 МИП иэ уравнения (3) исчезает условие V„(t) = ч, а в системУ УРавнений (l)-(6) добавляется дифференциальное уравнение, описывающее динамику этой модели инерции привода PIP: — з,у - U<(t)

dUsc(t)

Т 5 которое с учетом уравнения (6) преобразуется к виду

9 17059

Уравнение (16) отражает то обстоятельство, что на выходе блока 10 модели инерции привода восстанавливается скорость v(t) изменения зазора ДГР 2 (с коэффициентом пропорциональности

5 3 ). Введение сиГнала U<(t) приводит к тому, что уравнения линий переключения приобретают следующий вид:

1 1 1О

1 — УС - - (g,ч +О ) (17)

КЕ

Р и

1 QC - — (Xv-8 ), (18)

КЕ "p

При этом выражения (11)-(13) за исключением условий переключения не изменяются, Таким образом, как следует иэ уравнений (17) и (18), введение модели 10 20 инерции привода ДГР 2 приводит к возникновению конечного отрицательного . наклона линий 39 и 40 переключения (фиг. 4), который регулируется коэффициентом М . Физически это означает заблаговременное отключение привода

ДГР 2 при подхоле к зоне нечувствительности звена 9, причем тем раньwe чем выше скорость привода на момент отключения, В результате привод 30 по инерции подводит индуктивность Ь

ДГР 2 к значению, близкому к резонансному и лежащему внутри эоны нечувствительности звена 9. Перерегулирований и колебательных переходных процессов при этом не возникает, о чем свидетельствует, например, фазовая траектория

43 на фиг. 4, построенная для тех же условий, что и фазовая траектория 36 на фиг. 3. При возникновении в сети 40 одиофаэного замыкания на землю данный режим определяется блоком 5 распознавания режимов работы сети, например, по превышению степенью смещения заданной величины (обычно 153). Выход- 45 ной сигнал блока 5 распознавания режимов работы сети размыкает ключ 8.

Этим фиксируется достигнутая в нормальном режиме работы сети резонансная настройка КНПС. Предлагаемый авторегулятор целесообразно комбинировать с известными авторегуляторами компенсации, предназначенными для режимов ОЗНОБ, с целью автонастройки компенсации во всех режимах работы сети.

Релейное звено 9 с зоной нечувствительности, исполнительное устройство 3 привода ДГР 2 и модель 10 инер-. ции привода ДГР 2 могут быть выпол" иены так, как показано на фиг, 2, В этом случае единичному значению сигнала 11 соответствует включение контактора 19 (К1), значению сигнала

U -1 - включение контактора 24 (К2), а нулевому значению сигнала

- отключение контакторов 19 и 24.

Включение того или иного контактора

19 или 24 определяет направление вращения асинхронного двигателя 29 привода fll P 2, а также подает напряжение

Е или -Еп (в зависимости от направления движения привода) на входную точку S модели 10 инерции привода ,1ГР 2. Инерция привода моделируется инерционным звеном на КГ-элементах

30 и 33, причем постоянная времени Т указанного звена при R < ((R< и нулевом входном сопротивлении сумматора

6 равна: 3 СО

К1+ КЗ и должна быть установлена равной постоянной времени привода ДГР 2.

Отсутствие перерегулирований в процессе резонансной автонастройки КНПС повышает быстродействие, сокращая время отработки расстройки компенсации.

В результате сокращения числа пусков и реверсов привода ЛГР повышается его надежность и долговечность.

Асимптотическая устойчивость сНс темы сохраняется при значительном сужении зоны нечувствительности, что позволяет существенно повысить точность резонансной настройки.

Таким образом, применение предлагаемого авторегулятора обеспечивает повышение надежности и безопасности электроснабжения, Формула изобретения

Авторегулятор компенсации емкостных токов рля нормального режима работы сети, содержащий дугогасящий реактор плунжерного типа с исполнительным устройством привода дугогасящего реактора, блок измерения реактивной проводимости контура нулевой последовательности сети, соединенный с выводами для подключения к сети и имеющий линейную характеристику, соединенный с блоком распознавания режимов работы сети, выход которого подключен к управляющему входу ключа

17iJ59tig

ЯМ

0,N

402 фига блока управления реактором, вьпьлненного в виде релейного звена с зоной нечувствительности и исполнительного устройства привода дугогасящего реак5 тора, сумматор, один вход которого соединен с блоком изменения реактивной проводимости контура нулевой последовательности сети, другой входс блоком задания уставок, а выход lð иере3 ключ - с релейнь1м звеном с зо1 ной нечувствительности, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения надежности, точности и быстродействия, он снабжен моделью инерции привода дугогасящего реактора, вход которого подключен к выходу релейного звена с зоной нечувствительности, а выход - к третьему инвертирующему входу сумматора.

1705948

Составитель О. Наказная

Редактор A. Лежнина Техреа л.олийнык КорректорМ. Самборская

Заказ 200 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-иэдательскйй комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагармна, 101