Способ автоматической настройки компенсации дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием
Владельцы патента RU 2618519:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ. Технический результат заключается в повышении точности настройки дугогасящих реакторов (ДГР), управляемых подмагничиванием, В способе автоматической настройки компенсации ДГР, управляемого подмагничиванием с погрешностью (расстройкой компенсации) в пределах 1% первой гармоники тока однофазного замыкания на землю, формируют в контуре нулевой последовательности сети переходный процесс с помощью импульсного источника опорного тока большой скважности, измеряют напряжения на сигнальной обмотке реактора и выделяют свободную составляющую переходного процесса, на основании параметров которого вычисляют емкость сети по нулевой последовательности и, соответственно, необходимый ток компенсации, к напряжению, измеренному на сигнальной обмотке реактора, применяют вейвлет-преобразование, и определяют временные зависимости вейвлет-коэффициентов, выбирают коэффициент с максимальной амплитудой, соответствующей частоте свободных колебаний контура нулевой последовательности, при этом при попадании максимального вейвлет-коэффициента в диапазон частот 35-70 Гц осуществляют управление подмагничиванием ДГР, изменяющее его индуктивность до тех пор, пока частота собственных колебаний контура не выйдет за пределы указанного диапазона, по найденной частоте определяют емкость сети и необходимый ток компенсации. 2 ил.
Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ. Технический результат заключается в повышении точности настройки дугогасящих реакторов (ДГР), управляемых подмагничиванием.
Известен способ измерения емкости сети для автоматической настройки дугогасящих реакторов («Электротехника», №1, 2003, с. 59-63), заключающийся во внедрении в контур нулевой последовательности сети (КНПС) сигнала с помощью генератора переменной частоты, измерении напряжения нейтрали и выявлении максимума в измеренном напряжении, которому соответствует резонансная частота, на основании которой вычисляется емкость сети по нулевой последовательности и, соответственно, необходимый ток ДГР. К недостаткам этого способа относятся длительное время сканирования сети (не менее минуты) и плохая чувствительность при низкой добротности сети, особенно в сетях с комбинированным заземлением нейтрали, в которых параллельно ДГР установлен высокоомный резистор.
Наиболее близким к предлагаемому является способ настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях (Патент РФ №2321132, опубл. 27.03.2008), основанный на формировании в КНПС переходного процесса с помощью импульсного источника опорного тока большой скважности и выделении свободной составляющей переходного процесса, несущей полную информацию о собственной частоте и добротности контура, на основании которых вычисляется емкость сети по нулевой последовательности и, соответственно, необходимый ток ДГР. Кроме того, свободную составляющую переходного процесса определяют как разностный сигнал, полученный путем наложения двух участков кривой напряжения смещения нейтрали, зафиксированных до и после действия источника опорного тока.
Этот способ, решая целый ряд проблем, возникавших при использовании других методов настройки, чувствителен к помехам и, в первую очередь, к гармоникам, характерным для применения ДГР, особенно ДГР магнитно-вентильного типа, управляемых подмагничиванием, которые сами являются источниками гармоник на уровне 3-4% тока компенсации. Фильтрация высших гармоник малых кратностей не может быть осуществлена без снижения точности метода, что не позволяет применять его для реализации автоматической настройки компенсации ДГР, управляемых подмагничиванием, в пределах точности настройки 1%.
Решаемая техническая задача состоит в обеспечении автоматической настройки ДГР, управляемых подмагничиванием, с погрешностью (расстройкой компенсации) в пределах 1% первой гармоники тока однофазного замыкания на землю. Технический эффект достигается тем, что в известном способе автоматической настройки компенсации дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием, заключающемся в формировании в контуре нулевой последовательности сети переходного процесса с помощью импульсного источника опорного тока большой скважности, измерении напряжения на сигнальной обмотке реактора и выделении свободной составляющей переходного процесса, на основании параметров которого вычисляют емкость сети по нулевой последовательности и, соответственно, необходимый ток компенсации, согласно изобретению, к напряжению, измеренному на сигнальной обмотке реактора, применяют вейвлет-преобразование, и определяют временные зависимости вейвлет-коэффициентов, выбирают коэффициент с максимальной амплитудой, соответствующей частоте свободных колебаний контура нулевой последовательности, при этом при попадании максимального вейвлет-коэффициента в диапазон частот 35-70 Гц осуществляется управление подмагничиванием ДГР, изменяющее его индуктивность до тех пор, пока частота собственных колебаний контура не выйдет за пределы указанного диапазона, по найденной частоте определяют емкость сети и необходимый ток компенсации.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ в режиме автоматической настройки компенсации.
На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства в режиме калибровки.
Поставленная техническая задача решается следующим образом.
В КНПС сети от импульсного источника, как и в прототипе, внедряется импульс тока. Длительность импульса составляет 10-20 мс со скважностью, не меньшей 1 с. Производится регистрация напряжения на сигнальной обмотке ДГР, после чего, согласно изобретению, осуществляется вейвлет-преобразование зарегистрированного сигнала. Определяются амплитуды вейвлет-коэффициентов, при этом коэффициенту с максимальной амплитудой соответствует частота свободных колебаний КНПС ωкнпс. Коэффициент затухания вейвлет-коэффициента при этом равен коэффициенту затухания КНПС αкнпс. При известной индуктивности КНПС Lкнпс емкость КНПС определяется по формуле:
Эта формула учитывает влияние затухания в сети на частоту собственных колебаний, что позволяет определить емкость КНПС с высокой точностью. Коэффициент затухания αкнпс определяется по следующей формуле:
где Cmax - максимальный коэффициент вейвлет-преобразования; tmax - момент времени, в который Cmax достигает первого экстремума.
Найденное значение Скнпс позволяет определить ожидаемое значение первой гармоники емкостного тока однофазного замыкания на землю Iозз,1 и требуемый ток ДГР Iдгр, так как они пропорциональны этой емкости:
где Uф - фазное напряжение сети, ωс - частота сети (промышленная частота).
Найденное значение требуемого тока реактора сохраняется, и при возникновении в электрической сети однофазного замыкания на землю блок управления реактором форсирует подмагничивание, обеспечивая быстрый выход ДГР на полную компенсацию в соответствии с сохраненной настройкой.
В отличие от прототипа, предложенный подход не требует вычитания двух участков кривой напряжения, зарегистрированных до и после действия источника опорного тока, напряжение достаточно определять только после действия источника тока. При этом на результат определения ожидаемого емкостного тока не влияют гармоники, так как они принципиально отсутствуют в зависимости максимального вейвлет-коэффициента от времени.
Рассмотренный подход может давать погрешность при одновременном выполнении двух условий:
1) в электрической сети имеется несимметрия фазных емкостей, приводящая к смещению нейтрали, измеряемому на сигнальной обмотке ДГР;
2) собственная частота колебаний КНПС близка к промышленной частоте.
При этом в КНПС возникают условия, близкие к резонансным, и смещение нейтрали усиливается, что может привести к тому, что максимальный вейвлет-коэффициент будет соответствовать промышленной частоте, при этом затухание у этого коэффициента будет отсутствовать. К тому же, указанная ситуация лишает ДГР, управляемые подмагничиванием, одного из их достоинств - отсутствия резонансного усиления смещения нейтрали, что особенно актуально в воздушных сетях с принципиально наличествующей несимметрией фазных емкостей. Поэтому, согласно изобретению, при попадании максимального вейвлет-коэффициента в диапазон частот 35-70 Гц осуществляется управление подмагничиванием ДГР, изменяющее его индуктивность до тех пор, пока частота собственных колебаний КНПС не выйдет за пределы указанного диапазона.
При указанном управлении подмагничиванием индуктивность КНПС может изменяться нелинейно. Поэтому, при наладке ДГР, необходима процедура калибровки с помощью эталонного конденсатора емкостью Сэк для всего возможного диапазона изменения индуктивности ДГР в режиме настройки. Калибровка осуществляется аналогично автоматической настройке, за исключением того, что по известной емкости определяется индуктивность ДГР, соответствующая заданному режиму подмагничивания:
Найденные значения индуктивности запоминаются микропроцессорной частью блока управления ДГР и используются при его автоматической настройке в эксплуатации.
Таким образом, предложенный способ, в отличие от прототипа, позволяет получить высокую точность настройки компенсации ДГР за счет устранения влияния помех и гармоник, а также обеспечить достоинства управляемых подмагничиванием ДГР, не создающих резонансных условий в КНПС.
Предлагаемый способ может быть осуществлен устройством, функциональная схема которого приведена на фиг. 1. Схема содержит электрическую сеть с нейтралью, заземленной через управляемый подмагничиванием ДГР 1, подключенный к нейтральной точке сети, образованной с помощью нейтралеобразующего устройства 2. К сигнальной обмотке ДГР подключен источник импульсного тока 3 и измерительный блок 4, напряжение с которого поступает в блок регистратора 5. Затем в блоке 6 осуществляется вейвлет-преобразование сигнала, результат которого анализируется в блоке 7. Если частота максимального вейвлет-коэффициента попадает в диапазон 35-70 Гц, то в блоке управления подмагничиванием 8 происходит изменение режима подмагничивания до тех пор, пока измеряемое значение частоты максимального вейвлет-коэффициента не выйдет за пределы диапазона. Если частота не попадает в диапазон 35-70 Гц, то на основе ее значения вычисляются емкость сети по нулевой последовательности и требуемый ток ДГР, значение которого сохраняется в блоке настроек 9. При возникновении в сети однофазного замыкания на землю сохраненное значение используется в блоке форсировки подмагничивания 10 и далее в цепочке обратной связи блока управления ДГР для удержания тока компенсации на заданном настройкой уровне.
Калибровка устройства проиллюстрирована функциональной схемой, показанной на фиг. 2. Все фазные выводы нейтралеобразующего устройства соединены в один узел, к которому подключен эталонный конденсатор Сэк.
При калибровке принципиальным отличием является определение индуктивностей реактора (вместо емкости КНПС) для различных уровней подмагничивания. Полученные значения индуктивностей сохраняются в блоке 7.
Способ автоматической настройки компенсации дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием, заключающийся в формировании в контуре нулевой последовательности сети переходного процесса с помощью импульсного источника опорного тока большой скважности, измерении напряжения на сигнальной обмотке реактора и выделении свободной составляющей переходного процесса, на основании параметров которого вычисляют емкость сети по нулевой последовательности и, соответственно, необходимый ток компенсации, отличающийся тем, что к напряжению, измеренному на сигнальной обмотке реактора, применяют вейвлет-преобразование, и определяют временные зависимости вейвлет-коэффициентов, выбирают коэффициент с максимальной амплитудой, соответствующей частоте свободных колебаний контура нулевой последовательности, при этом при попадании максимального вейвлет-коэффициента в диапазон частот 35-70 Гц осуществляют управление подмагничиванием ДГР, изменяющее его индуктивность до тех пор, пока частота собственных колебаний контура не выйдет за пределы указанного диапазона, по найденной частоте определяют емкость сети и необходимый ток компенсации.
