RU148769U1

RU148769U1 - DEVICE FOR COMPENSATION OF CAPACITIVE SHORT CURRENT CURRENTS IN NETWORKS WITH INSULATED NEUTRAL 6 - 10 kV

Info

Publication number: RU148769U1
Application number: RU2014130836/07U
Authority: RU
Inventors: Павел Николаевич Смирнов; Сергей Александрович Харитонов; Евгений Борисович Преображенский
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2014-12-20

Abstract

Устройство для компенсации емкостных токов короткого замыкания в сетях изолированной нейтралью 6-10 кВ, содержащее нейтралеобразующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены в звезду с выведенной нейтралью, а вторичные обмотки соединены в замкнутый треугольник, отличающееся тем, что в него введены статический преобразователь электрической энергии, система управления, измеритель, трехфазный разъединитель, причем статический преобразователь электрической энергии включен в нейтраль нейтралеобразующего трансформатора, первичные обмотки которого соединены с сетью через трехфазный разъединитель, соединенный с системой управления, которая соединена с измерителем, статическим преобразователем электрической энергии, с выведенной нулевой точкой нейтралеобразующего трансформатора и трехфазным разъединителем, и содержит блок пересчета напряжения, соединенный с выведенной точкой нейтралеобразующего трансформатора, интегрирующее устройство, соединенное с блоком пересчета напряжения и с измерителем, генератор опорного напряжения, компаратор, соединенный с генератором опорного напряжения и с интегрирующим устройством, логическое устройство НЕ, соединенное с одним из выходов компаратора, блок сравнения, соединенный выходом блока пересчета напряжения.A device for compensating capacitive short-circuit currents in networks of insulated neutral 6-10 kV, containing a neutralizing transformer, the primary windings of which are connected to a star with the output neutral, and the secondary windings are connected in a closed triangle, characterized in that a static electric energy converter is introduced into it, control system, meter, three-phase disconnector, and a static converter of electric energy is included in the neutral of the neutralizing transformer, per the windings of which are connected to the network through a three-phase disconnector connected to a control system that is connected to a meter, a static converter of electrical energy, with a neutral neutral transformer and a three-phase disconnector output, and contains a voltage conversion unit connected to the neutral neutral transformer output point, an integrating device connected to the voltage conversion unit and to the meter, a reference voltage generator, a comparator connected to for generators with a reference voltage and an integrating device, NOT logic device coupled to one of the comparator outputs a comparison unit coupled to the output voltage conversion unit.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может использоваться для компенсации емкостных токов короткого замыкания и подавления токов утечки, вызванных естественной несимметрией емкостей фаз на землю в сетях с изолированной нейтралью 6-10 кВ.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used to compensate for capacitive short-circuit currents and suppress leakage currents caused by the natural asymmetry of phase capacitance to earth in networks with an insulated neutral of 6-10 kV.

Для указанного устройства важными показателями являются надежность работы, быстродействие и массогабаритные показатели. Повышенная надежность и быстродействие таких устройств необходима для своевременной и точной компенсации емкостных токов короткого замыкания и подавления токов утечки, что повышает качество энергообеспечения электрических сетей 6-10 кВ. Масса и габариты устройства определяют их стоимостные показатели.For this device, important indicators are reliability, speed and weight and size. The increased reliability and speed of such devices is necessary for timely and accurate compensation of capacitive short-circuit currents and suppression of leakage currents, which improves the quality of energy supply of 6-10 kV electric networks. The mass and dimensions of the device determine their cost indicators.

Известно устройство для компенсации емкостных токов короткого замыкания в сетях с изолированной нейтралью ТАДТМ-30/10 (РД 34.20.179 Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ (Ти 34-70-070-87), стр. 11, рис. 4, http://www.russgost.ru/catalog/item43814), состоящее из трехфазного двухобмоточного пятистержневого трансформатора и однофазного реактора, размещенных в одном баке. Стержни магнитопровода реактора имеют по четыре немагнитных зазора. Обмотки устройства многослойные цилиндрические, из медного провода.A device is known for compensating capacitive short-circuit currents in networks with insulated neutral TADTM-30/10 (RD 34.20.179 Typical instruction for compensating capacitive short-circuit current to earth in electric networks 6-35 kV (Ti 34-70-070-87), p. 11, Fig. 4, http://www.russgost.ru/catalog/item43814), consisting of a three-phase two-winding five-core transformer and a single-phase reactor, placed in one tank. The rods of the reactor magnetic circuit have four non-magnetic gaps. The windings of the device are multilayer cylindrical, made of copper wire.

К недостаткам данного устройства следует отнести наличие двухобмоточного пятистержневого трансформатора, что значительно увеличивает его массу и габариты. Также недостатком является наличие однофазного плунжерного дугогасящего реактора (ТАДТМ-30/10). Плунжерные дугогасящие реакторы обладают низкой надежностью и малым ресурсом электромеханических узлов. Плунжерные реакторы не допускают поисковых движений, автоколебательных режимов и длительных переходных процессов, такое ограничение снижает его быстродействие, скорость его настройки достигает 120 с на весь диапазон регулирования реактора. Величина индуктивности плунжерного реактора рассчитывается на частоту тока 50 Гц, и поэтому он имеет большую массу и габариты. Наличие специального электропривода для изменения величины индуктивности плунжерного реактора снижает надежность всего устройства.The disadvantages of this device include the presence of a double-wound five-core transformer, which significantly increases its weight and dimensions. Another disadvantage is the presence of a single-phase plunger arc suppression reactor (TADTM-30/10). Plunger arcing reactors have low reliability and low resource of electromechanical components. Plunger reactors do not allow search movements, self-oscillating modes and long transient processes, such a limitation reduces its speed, its tuning speed reaches 120 s over the entire range of reactor control. The magnitude of the inductance of the plunger reactor is calculated on a current frequency of 50 Hz, and therefore it has a large mass and dimensions. The presence of a special electric drive to change the magnitude of the inductance of the plunger reactor reduces the reliability of the entire device.

Известно устройство для компенсации емкостных токов короткого замыкания в сетях с изолированной нейтралью 6-10 кВ (Устройство автоматической настройки дугогасящего реактора, RU 2404501, http://www.findpatent.ru/patent/240/2404501.html), которое является наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототип), содержащее коммутируемые ответвления с соответствующими емкостями фаз относительно земли, плунжерный дугогасящий реактор с трансформатором тока в цепи силовой обмотки реактора, подключенный через нейтралеобразующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены в звезду с выведенной нейтралью, вторичные обмотки соединяются в замкнутый треугольник, измерительный трансформатор напряжения, включенный по схеме разомкнутый треугольник, два измерительных органа, логическим устройство, блок управления индуктивностью ДГР, формирователь импульсов искусственного возмущения, связанный со вторым измерительным органом непосредственно или через логическое устройство.A device for compensating capacitive short-circuit currents in networks with an isolated neutral of 6-10 kV (Device for automatic tuning of an arcing reactor, RU 2404501, http://www.findpatent.ru/patent/240/2404501.html), which is the closest to the proposed technical solution (prototype), containing switched branches with corresponding phase capacitances relative to the ground, a plunger arc suppression reactor with a current transformer in the reactor power winding circuit, connected through a neutralizing transformer, primary coils whose kits are connected to a star with the neutral removed, the secondary windings are connected into a closed triangle, a voltage measuring transformer, an open triangle connected according to the circuit, two measuring organs, a logic device, an inductance control unit of a resonance resonance generator, an artificial disturbance pulse generator connected directly to the second measuring organ or through a logical device.

К недостаткам устройства - прототипа следует отнести низкую надежность и малый ресурс электромеханических узлов плунжерных реакторов. Плунжерные реакторы не допускают поисковых движений, автоколебательных режимов и длительных переходных процессов, такое ограничение снижает его быстродействие, скорость его настройки достигает 120 с на весь диапазон регулирования реактора. В целом устройство имеет большую массу и габариты, т.к. величина индуктивности плунжерного реактора, входящего в его состав, рассчитывается на частоту тока 50 Гц. Наличие специального электропривода для изменения величины индуктивности плунжерного реактора снижает надежность всего устройства.The disadvantages of the prototype device include low reliability and low resource of electromechanical components of plunger reactors. Plunger reactors do not allow search movements, self-oscillating modes and long transient processes, such a limitation reduces its speed, its tuning speed reaches 120 s over the entire range of reactor control. In general, the device has a large mass and dimensions, because the inductance of the plunger reactor included in it is calculated at a current frequency of 50 Hz. The presence of a special electric drive to change the magnitude of the inductance of the plunger reactor reduces the reliability of the entire device.

Задача полезной модели (технический результат) - повышение надежности и быстродействия устройства, а также уменьшение его массы и габаритов.The objective of the utility model (technical result) is to increase the reliability and speed of the device, as well as reduce its weight and dimensions.

Задача достигается тем, что в устройство компенсации емкостных токов короткого замыкания в сетях изолированной нейтралью 6-10 кВ, содержащее нейтралеобразующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены в звезду с выведенной нейтралью, а вторичные обмотки соединены в замкнутый треугольник, введены статический преобразователь электрической энергии, система управления, измеритель, трехфазный разъединитель. Причем статический преобразователь электрической энергии включен в нейтраль нейтралеобразующего трансформатора, первичные обмотки нейтралеобразующего трансформатора соединены с сетью через трехфазный разъединитель, соединенный с системой управления, которая соединена с измерителем, статическим преобразователем электрической энергии, с выведенной нулевой точкой нейтралеобразующего трансформатора и трехфазным разъединителем, и содержит блок пересчета напряжения, соединенный с выведенной точкой нейтралеобразующего трансформатора, интегрирующее устройство, соединенное с блоком пересчета напряжения и с измерителем, генератор опорного напряжения, компаратор, соединенный с генератором опорного напряжения и с интегрирующим устройством, логическое устройство НЕ, соединенное с одним из выходов компаратора, блок сравнения, соединенный выходом блока пересчета напряжения.The task is achieved in that in the device for compensating capacitive short-circuit currents in networks with an insulated neutral of 6-10 kV, containing a neutral-forming transformer, the primary windings of which are connected to a star with the extracted neutral, and the secondary windings are connected into a closed triangle, a static electric energy converter is introduced, the system controls, meter, three-phase disconnector. Moreover, the static electric energy converter is included in the neutral of the neutralizing transformer, the primary windings of the neutralizing transformer are connected to the network through a three-phase disconnector connected to the control system, which is connected to the meter, the static electric energy converter, with the neutral point of the neutralizing transformer and the three-phase disconnector removed, and contains a block voltage conversion connected to the output point of the neutralizing transformer RA, an integrating device connected to a voltage conversion unit and a meter, a reference voltage generator, a comparator connected to a reference voltage generator and an integrating device, a logic device NOT connected to one of the comparator outputs, a comparison unit connected to the output of the voltage conversion unit.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 изображена структурная схема системы управления устройством, на фиг. 3 изображен пример исполнения статического преобразователя электрической энергии, на фиг. 4 изображены импульсы управления, вырабатываемые системой управления. Структурная схема предлагаемого устройства (фиг. 1) содержит нейтралеобразующий трансформатор (1), первичные обмотки которого соединены в звезду с выведенной нейтралью, к которой присоединен статический преобразователь электрической энергии (2), систему управления (3), соединенную со статическим преобразователем электрической энергии, разъединителем, измерителем, которая формирует заданный ток индуктивного характера, необходимый для компенсации емкостного тока короткого замыкания, измеритель для измерения текущей емкости сети (4), соединенный с системой управления, трехфазный разъединитель (5), одни концы которого соединяются с фазами сети, а другие с фазами нейтралеобразующего трансформатора. Структурная схема системы управления данным устройством (фиг.2) содержит блок пересчета напряжения (6), соединенный с нулевой точкой нейтралеобразующего трансформатора 110, интегрирующее устройство (7), соединенное с блоком пересчета напряжения (6), компаратором (9) и измерителем (4) (фиг. 1), генератор опорного напряжения (11), соединенный с компаратором (9), компаратор (9), соединенный с интегрирующим устройством (7), генератором опорного напряжения (11), логическое устройство НЕ (10), соединенное с компаратором (9), блок сравнения (8), соединенный с блоком пересчета напряжения (6). Статический преобразователь электрической энергии (фиг. 3) содержит два источника постоянного напряжения с напряжением U_dc (12), (13), средняя точка которых подключена к земле, полупроводниковые элементы, например транзисторы (14), (15), с обратно включенными диодами (16), (17), средняя точка которых подключается к выведенной точке нейтралеобразующего трансформатора U0 (фиг. 1).In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device, in FIG. 2 shows a block diagram of a device control system; FIG. 3 shows an example embodiment of a static converter of electric energy; FIG. 4 shows the control pulses generated by the control system. The structural diagram of the proposed device (Fig. 1) contains a neutralizing transformer (1), the primary windings of which are connected to a star with the output neutral, to which a static converter of electrical energy (2) is connected, a control system (3) connected to a static converter of electrical energy, a disconnector, a meter that generates a given inductive current, necessary to compensate for the capacitive short-circuit current, a meter for measuring the current network capacity (4), connected to the control system, a three-phase disconnector (5), some ends of which are connected to the phases of the network, and others to the phases of the neutralizing transformer. The structural diagram of the control system of this device (figure 2) contains a voltage conversion unit (6) connected to the zero point of the neutralizing transformer 110, an integrating device (7) connected to the voltage conversion unit (6), a comparator (9) and a meter (4) ) (Fig. 1), a reference voltage generator (11) connected to a comparator (9), a comparator (9) connected to an integrating device (7), a reference voltage generator (11), a logic device NOT (10) connected to a comparator (9), a comparison unit (8) connected to the block p voltage calculation (6). The static electric energy converter (Fig. 3) contains two DC voltage sources with voltage U _dc (12), (13), the midpoint of which is connected to the ground, semiconductor elements, such as transistors (14), (15), with diodes turned back on (16), (17), the midpoint of which is connected to the output point of the neutralizing transformer U0 (Fig. 1).

Блок (1) представляет собой нейтралеобразующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены в звезду с выведенной нейтралью, к которой присоединяется преобразователь (2), вторичные обмотки соединены в замкнутый треугольник. Блок (2) представляет собой статический преобразователь электрической энергии (фиг. 3) содержащий два источника постоянного напряжения с напряжением U_dc (12), (13), средняя точка которых подключена к земле, полупроводниковые элементы, например транзисторы (14), (15), с обратно включенными диодами (16), (17), средняя точка которых подключается к выведенной точке нейтралеобразующего трансформатора (1). Система управления (3) представляет собой параметрическую систему, содержащую блок пересчета напряжения 110 с коэффициентом у (6), рассчитывающимся по формуле (1), куда заводится напряжение выведенной точки нейтралеобразующего трансформатора U0, интегрирующее устройство (7), в которое заводятся сигналы с блока пересчета напряжения и с измерителя (4), рассчитывающее ток задания(модулирующий сигнал) по формуле (3), генератор опорного напряжения (11) с периодом Т_оп и амплитудой U_оп(фиг. 4), компаратор (9), куда заводятся сигналы с генератора опорного напряжения и с интегрирующего устройства, логическое устройство НЕ (10). С компаратора один сигнал является сигналом управления для первого транзистора (14) (фиг. 3, 4), а другой, подающийся на логическое устройство НЕ (10), для второго транзистора (15) (фиг. 3, 4). Также система управления содержит блок сравнения (8), куда заводится пересчитанное напряжение γ*U₀, которое при превышении определенного уровня пересчитанного напряжения вырабатывает импульс для включения трехфазного разъединителя. Блок (4) представляет собой измеритель текущей емкости сети, для расчета задания на индуктивность в интеграторе системы управления (3), например устройство для измерения емкости сети с изолированной нейтралью (RU 2169375, http://ru-patent.info/21/65-69/2169375.html). Блок (5) представляет собой высоковольтный трехфазный разъединитель, включенный между фазами сети и первичными обмотками нейтралеобразующего трансформатора (1).Block (1) is a neutral-forming transformer, the primary windings of which are connected to the star with the output neutral, to which the converter (2) is connected, the secondary windings are connected in a closed triangle. Block (2) is a static electric energy converter (Fig. 3) containing two DC voltage sources with voltage U _dc (12), (13), the midpoint of which is connected to the ground, semiconductor elements, such as transistors (14), (15 ), with the diodes (16), (17) back on, the middle point of which is connected to the output point of the neutralizing transformer (1). The control system (3) is a parametric system containing a voltage conversion unit 110 with a coefficient of (6), calculated by the formula (1), where the voltage of the output point of the neutralizing transformer U0 starts, an integrating device (7) into which the signals from the unit voltage conversion from the meter (4), calculating the reference current (modulating signal) according to the formula (3), a reference voltage generator (11) with a period T _op and an amplitude U _op (Fig. 4), a comparator (9), where the signals start from the reference generator to voltage from the integrating device, the logical device is NOT (10). From the comparator, one signal is a control signal for the first transistor (14) (Fig. 3, 4), and the other, fed to the logic device NOT (10), for the second transistor (15) (Fig. 3, 4). The control system also contains a comparison unit (8), where the recalculated voltage γ * U ₀ is started, which, when a certain level of the recalculated voltage is exceeded, generates a pulse to turn on the three-phase disconnector. Block (4) is a current network capacitance meter for calculating the inductance task in the integrator of the control system (3), for example, a device for measuring the network capacitance with isolated neutral (RU 2169375, http://ru-patent.info/21/65 -69 / 2169375.html). Block (5) is a high-voltage three-phase disconnector connected between the phases of the network and the primary windings of a neutralizing transformer (1).

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.The proposed device operates as follows.

В нормальном режиме работы сети (при отсутствии короткого замыкания) трехфазный разъединитель отключен (5), измеритель (4) определяет текущую емкость сети и требуемую индуктивность, для настройки в резонанс.In the normal mode of operation of the network (in the absence of a short circuit), the three-phase disconnector is disconnected (5), the meter (4) determines the current capacity of the network and the required inductance for tuning to resonance.

При возникновении короткого замыкания, напряжение подающееся на блок пересчета напряжения (6) увеличивается и превышает значение уставки блока сравнения (8), блок сравнения выдает импульс на включение трехфазного разъединителя (5). Интегрирующее устройство (7) вычисляет модулирующий сигнал для компаратора (9) по известному пересчитанному напряжению с блока пересчета напряжения (6) и измеренной измерителем (4) (фиг. 1) индуктивности. Модулирующий сигнал сравнивается компаратором (9) с опорным (фиг. 4) и система управления вырабатывает импульсы для управления Т1 и Т2 для транзисторов (14) и (15) статического преобразователя электрической энергии. Статический преобразователь электрической энергии (2) формирует ток нулевой последовательности, который нейтрализует емкостной ток в месте короткого замыкания.If a short circuit occurs, the voltage supplied to the voltage conversion unit (6) increases and exceeds the setting value of the comparison unit (8), the comparison unit gives an impulse to turn on the three-phase disconnector (5). The integrating device (7) calculates the modulating signal for the comparator (9) from the known converted voltage from the voltage conversion unit (6) and the inductance measured by the meter (4) (Fig. 1). The modulating signal is compared with the reference comparator (9) (Fig. 4) and the control system generates pulses for controlling T1 and T2 for the transistors (14) and (15) of the static electric energy converter. The static converter of electric energy (2) generates a zero-sequence current, which neutralizes the capacitive current in the place of a short circuit.

Уменьшение массы и габаритов, а также увеличение быстродействия и надежности устройства по сравнению с прототипом достигается заменой плунжерного дугогасящего реактора статическим преобразователем электрической энергии с микропроцессорной системой управления не имеющим электромеханических частей и специального электропривода. Статические преобразователи имеют большее быстродействие, а отсутствие механических частей и специального электропривода повышает надежность устройства.The reduction in weight and dimensions, as well as an increase in the speed and reliability of the device compared to the prototype, is achieved by replacing the plunger arcing reactor with a static electric energy converter with a microprocessor control system without electromechanical parts and a special electric drive. Static converters have a higher speed, and the absence of mechanical parts and a special electric drive increases the reliability of the device.

Claims

Устройство для компенсации емкостных токов короткого замыкания в сетях изолированной нейтралью 6-10 кВ, содержащее нейтралеобразующий трансформатор, первичные обмотки которого соединены в звезду с выведенной нейтралью, а вторичные обмотки соединены в замкнутый треугольник, отличающееся тем, что в него введены статический преобразователь электрической энергии, система управления, измеритель, трехфазный разъединитель, причем статический преобразователь электрической энергии включен в нейтраль нейтралеобразующего трансформатора, первичные обмотки которого соединены с сетью через трехфазный разъединитель, соединенный с системой управления, которая соединена с измерителем, статическим преобразователем электрической энергии, с выведенной нулевой точкой нейтралеобразующего трансформатора и трехфазным разъединителем, и содержит блок пересчета напряжения, соединенный с выведенной точкой нейтралеобразующего трансформатора, интегрирующее устройство, соединенное с блоком пересчета напряжения и с измерителем, генератор опорного напряжения, компаратор, соединенный с генератором опорного напряжения и с интегрирующим устройством, логическое устройство НЕ, соединенное с одним из выходов компаратора, блок сравнения, соединенный выходом блока пересчета напряжения.

A device for compensating capacitive short-circuit currents in networks of insulated neutral 6-10 kV, containing a neutralizing transformer, the primary windings of which are connected to a star with the output neutral, and the secondary windings are connected in a closed triangle, characterized in that a static electric energy converter is introduced into it, control system, meter, three-phase disconnector, and a static converter of electric energy is included in the neutral of the neutralizing transformer, per the windings of which are connected to the network through a three-phase disconnector connected to a control system that is connected to a meter, a static converter of electrical energy, with a neutral neutral transformer and a three-phase disconnector output, and contains a voltage conversion unit connected to the neutral neutral transformer output point, an integrating device connected to the voltage conversion unit and to the meter, a reference voltage generator, a comparator connected to for generators with a reference voltage and an integrating device, NOT logic device coupled to one of the comparator outputs a comparison unit coupled to the output voltage conversion unit.