Результат интеллектуальной деятельности: Способ настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для автоматической компенсации тока однофазного замыкания на землю в распределительных сетях с изолированной нейтралью.

Известен способ компенсации тока однофазного замыкания на землю в сети с дугогасящим реактором (ДГР) в нейтрали [1]. При этом для настройки компенсации применяют генератор переменной частоты и с его помощью определяют параметры КНП сети на резонансной частоте.

Этот способ эффективен только при высоких добротностях КНП сети. В сетях с комбинированным заземлением нейтрали, когда параллельно ДГР включается резистор, КНП оказывается низкодобротным и эффект от использования генератора переменной частоты становится незначительным. Кроме этого, для реализации данного способа требуется сложное вспомогательное электрооборудование в виде генератора переменной частоты повышенной мощности. Этот недостаток ограничивает область применения способа.

Наиболее близким по технической сущности решением к предлагаемому является способ настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрической сети, при котором измеряют падение напряжения на контуре нулевой последовательности сети, формируют импульс возбуждения в контуре нулевой последовательности сети, выделяют свободную составляющую переходного процесса в измеренном падении напряжения на контуре нулевой последовательности, определяют по выделенной свободной составляющей собственную частоту контура нулевой последовательности, определяют рассогласование собственной частоты контура нулевой последовательности с частотой сети и регулируют индуктивность дугогасящего реактора до ликвидации рассогласования [2]. Этот способ рассматривается в качестве прототипа.

Недостаток прототипа - низкая достоверность определения собственной частоты КНП и, как следствие, низкая точность настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю.

Целью предложенного способа является повышение достоверности определения собственной частоты КНП и повышение точности компенсации емкостных токов замыкания на землю.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю, при котором измеряют падение напряжения на контуре нулевой последовательности сети, формируют импульс возбуждения в контуре нулевой последовательности сети, выделяют свободную составляющую переходного процесса в измеренном падении напряжения на контуре нулевой последовательности, определяют по выделенной свободной составляющей собственную частоту контура нулевой последовательности, определяют рассогласование собственной частоты контура нулевой последовательности с частотой сети и регулируют индуктивность дугогасящего реактора до ликвидации рассогласования дополнительно осуществляют нерекурсивную фильтрацию напряжения нулевой последовательности, синхронизированную с импульсом возбуждения в контуре нулевой последовательности сети, измеряют ток нулевой последовательности сети, определяют потери в контуре нулевой последовательности сети, вычисляют добротность контура нулевой последовательности сети, сравнивают вычисленную добротность с предельно допустимой, если добротность ниже предельно допустимой, то собственную частоту контура нулевой последовательности определяют с учетом потерь в этом контуре.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что предложенный способ отличается от известного тем, что осуществляют нерекурсивную фильтрацию напряжения нулевой последовательности, измеряют ток нулевой последовательности сети, определяют потери в контуре нулевой последовательности сети, вычисляют добротность контура нулевой последовательности сети, сравнивают вычисленную добротность с предельно допустимой, если добротность ниже предельно допустимой, то собственную частоту контура нулевой последовательности определяют с учетом потерь в этом контуре. Таким образом, предложенный способ соответствует критерию «новизна». Известны технические решения [1, 2], в которых определяют собственную частоту КНП, но при использовании их невозможно с приемлемой точностью измерить собственную частоту КНП при комбинированном заземлении нейтрали сети. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложенного решения критерию «существенные отличия».

Осуществление нерекурсивной фильтрации для настройки компенсации позволяет повысить точность определения собственной частоты КНП за счет снижения методической, вызванной разновременностью отсчетов, и других погрешностей выделения свободной составляющей переходного процесса.

Кроме этого, наличие существенных потерь в КНП и, как следствие, низкая добротность оказывает влияние на собственную частоту КНП.

При высокой добротности, когда отношение реактивной энергии к энергии потерь много больше единицы, КНП считается, практически, идеальным параллельным LC контуром и его резонансная (собственная) частота определяется так:

,

где L_ДГР и С_КНП - индуктивность ДГР и емкость КНП соответственно.

При низкой добротности КНП, когда отношение реактивной энергии к энергии потерь в контуре соизмеримо с единицей, КНП нельзя считать идеальным LC контуром, и резонансную частоту КНП необходимо определять с учетом потерь:

.

Здесь R_L и R_C - эквивалентные активные сопротивления цепей заземления нейтрали и электрической сети соответственно.

Причем резонансная частота реального КНП отличается от резонансной частоты идеального контура тем больше, чем больше отличается от единицы отношение R_L/R_C. Поэтому учет потерь при определении собственной частоты КНП и настройке ДГР в низкодобротных сетях, особенно в тех, где применяется заземляющий резистор, существенно повышает точность настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю.

На чертеже (фиг. 1) показана схема замещения КНП сети. На схеме замещения приняты следующие обозначения: U_КНП и I_НП - падение напряжения на КНП и ток нулевой последовательности соответственно; L_ДГР и С_КНП - индуктивность ДГР и емкость КНП соответственно; R_L и R_С - эквивалентные активные сопротивления цепей заземления нейтрали и электрической сети соответственно.

На чертеже (фиг. 2) показана функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ компенсации емкостного тока замыкания на землю. На схеме изображена электрическая сеть, содержащая трехфазный источник питания, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности TV, измерительный трансформатор тока нулевой последовательности ТА0, дугогасящий реактор ДГР, заземляющий резистор R_З и устройство управления дугогасящим реактором. Устройство управления ДГР содержит следующие элементы: 1 - блок формирования импульса возбуждения в контуре нулевой последовательности сети; 2 - нерекурсивный фильтр, синхронизированный с блоком 1; 3 - блок измерения потерь и добротности в КНП; 4 - блок вычисления резонансной частоты КНП сети; 5 - блок сравнения резонансной частоты КНП и частоты сети, формирующий управляющие воздействия на ДГР.

Предложенный способ настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю можно реализовать следующим образом.

Пусть имеется электрическая сеть, содержащая трехфазный источник питания, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, измерительный трансформатор тока нулевой последовательности, дугогасящий реактор, заземляющий резистор и устройство управления дугогасящим реактором.

Устройство управления дугогасящим реактором работает следующим образом. В КНП сети подается тестовый импульс, который создает в нем переходный процесс. Источник тестовых импульсов синхронизирован с тактами нерекурсивного фильтра. Производится измерение падения напряжения нулевой последовательности сети и значения отсчетов с определенной частотой выборок записываются в массив. Таким образом формируется и обновляется через определенные интервалы времени массив входного сигнала х(n) нерекурсивного фильтра. Этот цифровой фильтр, действуя по определенному алгоритму, выделяет свободную составляющую переходного процесса в измеренном падении напряжения на контуре нулевой последовательности.

Измеряют ток нулевой последовательности сети с помощью трансформатора тока нулевой последовательности. По напряжению и току нулевой последовательности определяют потери в контуре нулевой последовательности сети

P=U_KНП⋅I_НП⋅cos(ϕ),

где U_КНП, I_НП и ϕ - падение напряжения на КНП, ток нулевой последовательности и угол сдвига между этими величинами соответственно.

По вычисленной мощности потерь и реактивной мощности КНП вычисляют добротность контура нулевой последовательности сети. Сравнивают вычисленную добротность с предельно допустимой. Если добротность ниже предельно допустимой, то собственную частоту контура нулевой последовательности определяют с учетом потерь в этом контуре.

Вычисленная собственная частота контура нулевой последовательности сравнивается с частотой сети, и в зависимости от результатов сравнения формируется сигнал управления ДГР. Определяют рассогласование собственной частоты контура нулевой последовательности с частотой сети и регулируют индуктивность дугогасящего реактора до ликвидации рассогласования.

Использование предложенного способа настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества,

1. За счет применения нерекурсивной фильтрации, синхронизированной с импульсом возбуждения в контуре нулевой последовательности сети, обеспечивается более высокая степень достоверности определения собственной частоты КНП и, следовательно, повышение точности компенсации емкостных токов замыкания на землю.

2. Учет реальной добротности КНП обеспечивает снижение методической погрешности определения собственной частоты КНП и, как следствие, повышение точности настройки и эффективности компенсации емкостных токов замыкания на землю.

Источники информации

1. Патент РФ 2222857. Долгополов А.Г. Способ автоматической настройки дугогасящего реактора. Опубликовано 27.01.2004.

2. Патент РФ 2475915. Ильин В.Ф., Петров М.И., Соловьев И.В. Способ настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях. Опубликовано 20.02.2013. Бюл. №5.