RU2321132C1 - Method for adjusting compensation of capacitive grounding currents in electric networks - Google Patents

Abstract

FIELD: electric engineering, possible use for automatic compensation of capacitive grounding currents in 6-35 kV electric networks by influencing inductivity of ground-fault neutralizer.

SUBSTANCE: in accordance to the method, to determine parameters of contour of zero series of network, free component of transient process is used, which component contains full information about its frequency and quality of contour, which is extracted from neutral shift voltage, and to generate supporting current impulse in network contour supply is used in high porosity mode, which has low installed capacity. Claimed method ensures required precision of adjustment to any given compensation mode in whole spectrum of adjustment of ground-fault neutralizer inductivity, including the networks with combined grounding of the neutral. The method does not impose limits on the type of used ground-fault neutralizer.

EFFECT: increased precision of adjustment and reduced installed capacity of electric equipment.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматической компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used for automatic compensation of capacitive currents of earth faults in electric networks with isolated neutral.

Известны способы экстремальной настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю путем регулирования индуктивности дугогасящего реактора (ДГР), в которых достигают максимума естественного или искусственного смещения напряжения нейтрали в нормальном режиме сети, либо используют фазовые характеристики сети, выделяя опорные напряжения и сводя к нулю угол между выбранными напряжениями [1]. Первые обладают недостаточной чувствительностью, а вторые, несмотря на усложнения введением модуляции, остаются зависимыми от смещения нейтрали и добротности контура сети.Known methods for extreme adjustment of compensation of capacitive earth fault currents by adjusting the inductance of an arc suppression reactor (GDR), in which they reach the maximum of natural or artificial bias of the neutral voltage in the normal mode of the network, or use the phase characteristics of the network, highlighting the reference voltage and reducing the angle between the selected to zero voltages [1]. The former have insufficient sensitivity, and the latter, despite the complications of introducing modulation, remain dependent on the neutral offset and the quality factor of the network loop.

Наиболее близким к предлагаемому является способ настройки компенсации, заключающийся в том, что в контур нулевой последовательности (КНП) сети вводят опорный ток непромышленной частоты, измеряют полный ток контура и напряжение смещения нейтрали, выделяют соответствующие составляющие тока и напряжения и определяют емкостное и индуктивное сопротивления контура, соотношение которых используют для оценки текущей расстройки контура и формирования соответствующего регулирующего воздействия на изменение индуктивности дугогасящего реактора [2].Closest to the proposed one is a compensation adjustment method, which consists in the fact that a reference current of non-industrial frequency is introduced into the network of the zero sequence (KNI), the total current of the circuit and the neutral bias voltage are measured, the corresponding current and voltage components are extracted, and the capacitive and inductive resistances of the circuit are determined , the ratio of which is used to assess the current detuning of the circuit and the formation of the corresponding regulatory effect on the change in the inductance of the arcing reaction torus [2].

В отличие от экстремальных, этот способ мало зависит от естественного смещения нейтрали и обладает расширенным диапазоном настройки. Однако для достижения требуемой точности измерений и вычислений параметров, используемых для оценки текущей расстройки, необходимо применение мощного источника опорного тока. В сетях с параллельно включенными ДГР (нерегулируемыми - «базовыми») и в сетях с комбинированным заземлением нейтрали требуется источник опорного тока с повышенной установленной мощностью. Это является недостатком, ограничивающим область применения рассмотренного способа.Unlike extreme, this method does not depend much on the natural neutral bias and has an extended tuning range. However, to achieve the required measurement accuracy and calculation of the parameters used to evaluate the current detuning, it is necessary to use a powerful reference current source. In networks with parallel connected GDR (unregulated - “basic”) and in networks with combined neutral grounding, a reference current source with increased installed power is required. This is a disadvantage that limits the scope of the considered method.

Способ настройки компенсации, в котором применяют генератор переменной частоты взамен источника опорного тока с фиксированной частотой и с его помощью определяют параметры КНП сети на резонансной частоте, когда потребляемая мощность минимальна [3], эффективен только при высоких добротностях КНП сети. В сетях с комбинированным заземлением нейтрали, осуществляемым присоединением параллельно ДГР высокоомного резистора, измеряемый контур оказывается низкодобротным, и эффект от использования генератора переменной частоты становится незначительным. Для реализации данного способа требуется сложное вспомогательное электрооборудование в виде генератора переменной частоты повышенной мощности. Этот недостаток ограничивает область применения способа.The compensation adjustment method, in which a variable frequency generator is used instead of a fixed current source of reference, and with its help determine the parameters of the KNI network at the resonant frequency when the power consumption is minimal [3], is effective only at high quality factors of the KNI network. In networks with combined neutral grounding by connecting a high-resistance resistor in parallel to the GDR, the measured circuit turns out to be low-quality, and the effect of using a variable frequency generator becomes insignificant. To implement this method requires complex auxiliary electrical equipment in the form of a variable frequency generator of high power. This disadvantage limits the scope of the method.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности настройки и снижение установленной мощности электрооборудования.The aim of the invention is to increase the accuracy of settings and reduce the installed capacity of electrical equipment.

Указанная цель достигается тем, что настройку компенсации емкостных токов замыкания на землю производят способом, по которому в КНП сети формируют опорный ток кратковременного действия, фиксируют кривую напряжения смещения нейтрали, выделяют свободную составляющую переходного процесса, определяют собственную частоту контура и при расхождении ее с промышленной частотой формируют регулирующее воздействие на изменение индуктивности реактора.This goal is achieved by the fact that the compensation of capacitive earth fault currents is adjusted by the method in which the short-term reference current is generated in the KNP network, the neutral bias voltage curve is recorded, the free component of the transient is isolated, the natural frequency of the circuit is determined and when it diverges from the industrial frequency form a regulatory effect on the change in reactor inductance.

Кроме того, свободную составляющую переходного процесса определяют как разностный сигнал, полученный путем наложения двух участков кривой напряжения смещения нейтрали, зафиксированных до и после действия опорного тока.In addition, the free component of the transition process is defined as a difference signal obtained by superimposing two sections of the neutral bias voltage curve recorded before and after the action of the reference current.

Суть метода заключается в использовании для настройки переходной характеристики КНП сети, несущей полную информацию о собственной частоте и параметрах контура. Для получения этой характеристики достаточно кратковременного воздействия на КНП сети в виде импульса опорного тока, вводимого в КНП сети через сигнальную обмотку ДГР. Для выделения реакции контура в виде свободной составляющей переходного процесса достаточно одного контрольного сигнала, например, осциллограммы напряжения, снимаемой с трансформатора напряжения секции или с той же сигнальной обмотки ДГР. Свободная составляющая, получаемая как разностный сигнал путем наложения двух фрагментов контрольной осциллограммы, зафиксированной до и после действия импульса опорного тока, не зависит от естественного и искусственного смещения нейтрали. Оценка расстройки производится сравнением промышленной частоты с частотой свободных колебаний. Собственная частота контура определяется с учетом декремента затухания свободного колебательного процесса и таким образом повышается точность настройки в низкодобротных контурах сети. Данный способ обеспечивает необходимую точность настройки на любой заданный режим компенсации во всем диапазоне регулирования индуктивности ДГР, в том числе, и в сетях с комбинированным заземлением нейтрали. Поскольку источник опорного тока работает в экономичном импульсном режиме с большой скважностью, то его установленная мощность оказывается много меньшей, чем в прототипе.The essence of the method is to use to configure the transient response of the KNI network that carries complete information about the natural frequency and circuit parameters. To obtain this characteristic, a short-term effect on the KNI network in the form of a reference current pulse introduced into the KNP network through the signal winding of the DGR is sufficient. To isolate the response of the circuit in the form of the free component of the transient, one control signal is sufficient, for example, a voltage waveform taken from the section voltage transformer or from the same signal winding of the GDR. The free component, obtained as a difference signal by superimposing two fragments of the control waveform, recorded before and after the action of the reference current pulse, does not depend on the natural and artificial neutral bias. The detuning is estimated by comparing the industrial frequency with the frequency of free oscillations. The natural frequency of the circuit is determined taking into account the damping decrement of the free oscillatory process, and thus the tuning accuracy in low-quality network circuits is increased. This method provides the necessary accuracy settings for any given compensation mode in the entire range of regulation of the inductance of the GDR, including in networks with combined neutral grounding. Since the reference current source operates in an economical pulsed mode with a large duty cycle, its installed power is much lower than in the prototype.

Таким образом, предложенный способ, в отличие от прототипа, имеет более широкие возможности, он позволяет учитывать добротность контура сети и производить более точную настройку компенсации емкостных токов замыкания на землю, для его реализации требуется экономичное электрооборудование, имеющее значительно меньшую установленную мощность.Thus, the proposed method, unlike the prototype, has wider capabilities, it allows you to take into account the quality factor of the network circuit and make more accurate adjustment of the compensation of capacitive earth fault currents, its implementation requires economical electrical equipment with significantly lower installed power.

Для пояснения принципа действия на чертеже приведена одна из возможных функциональных схем устройства, использующего предлагаемый способ. Схема содержит электрическую сеть с изолированной нейтралью напряжением 6-35 кВ, подключенный к ее нейтрали через питающий трансформатор 1 дугогасящий реактор 2, сигнальная обмотка которого подключена к источнику опорного тока 3, емкости фаз сети на землю 4 и трансформатор напряжения 5, с обмотки «разомкнутый треугольник» которого снимается контрольное напряжение смещения нейтрали. Это контрольное напряжение фиксируется в блоке регистратора, действующего синхронно с импульсным источником опорного тока, затем в блоке вычисления 7 из фрагментом осциллограммы, зафиксированных до и после воздействия опорного тока, выделяется свободная составляющая переходного процесса, определяются параметры контура сети и вычисляется коэффициент расстройки, который сравнивается в блоке 8 с заданной уставкой настройки. В блоке 9 по сигналу рассогласования формируется соответствующее управляющее воздействие на привод 10 плунжера реактора 2.To explain the principle of operation, the drawing shows one of the possible functional diagrams of a device using the proposed method. The circuit contains an electric network with an insulated neutral voltage of 6-35 kV, connected to its neutral via a supply transformer 1 arc suppression reactor 2, the signal winding of which is connected to a reference current source 3, the capacitance of the mains phase to earth 4 and voltage transformer 5, with an open circuit triangle ”of which the neutral bias control voltage is removed. This control voltage is fixed in the recorder unit, which acts synchronously with the pulsed reference current source, then in the calculation unit 7, from the waveform fragment recorded before and after the reference current is applied, the free component of the transient is selected, the parameters of the network circuit are determined and the detuning coefficient is calculated, which is compared in block 8 with a given setting setting. In block 9, according to the mismatch signal, a corresponding control action is generated on the actuator 10 of the reactor plunger 2.

Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы сети в контрольной обмотке дугогасящего реактора время от времени формируется с помощью источника 3 короткий импульс опорного тока и одновременно с ним запускается блок регистратора 6. В этом блоке производится запись осциллограммы напряжения смещения нейтрали, охватывающей короткий временной интервал до момента воздействия импульса опорного тока и весь временной интервал переходного процесса, обусловленного воздействием импульса опорного тока. В вычислительном блоке 7 производится выделение фрагментов осциллограммы, в котором присутствует свободная составляющая переходного процесса и в котором она отсутствует. Из этих двух фрагментов в вычислительном блоке формируется разностный сигнал в виде осциллограммы свободной составляющей затухающего переходного процесса, которая используется для определения собственной частоты и добротности контура сети. Выходной величиной вычислительного блока является текущая величина коэффициента расстройки контура сети, который вычисляется по формулеThe device operates as follows. In the normal mode of operation of the network in the control winding of the arcing reactor, from time to time a short pulse of the reference current is generated with the help of source 3 and at the same time the recorder unit 6 is started. In this block, the oscillogram of the neutral bias voltage is recorded, covering a short time interval until the reference pulse current and the entire time interval of the transition process due to the influence of a pulse of the reference current. In the computing unit 7, the fragments of the waveform are selected in which the free component of the transient process is present and in which it is absent. From these two fragments, a difference signal is formed in the computing unit in the form of an oscillogram of the free component of the damped transient, which is used to determine the natural frequency and quality factor of the network loop. The output value of the computing unit is the current value of the detuning coefficient of the network loop, which is calculated by the formula

где: f₀ - собственная частота контура; f_C - частота сети 50 Гц.where: f ₀ is the natural frequency of the circuit; f _C - network frequency 50 Hz.

На основании сигнала рассогласования, формируемого блоком 8 в результате сравнения расчетной величины коэффициента расстройки с заданной уставкой, блок 9 вырабатывает управляющее воздействие на привод 10 плунжерного дугогасящего реактора, которое направлено на увеличение или уменьшение его индуктивности. Это воздействие может быть формируется непрерывно или пошагово, до установки заданного режима настройки сети. Во втором случае периодичность, а следовательно, и скважность подачи импульса опорного тока могут задаваться очень большими.Based on the mismatch signal generated by block 8 as a result of comparing the calculated value of the detuning coefficient with a given setpoint, block 9 generates a control action on the drive 10 of the plunger arcing reactor, which is aimed at increasing or decreasing its inductance. This effect can be formed continuously or step by step, before setting the specified network configuration mode. In the second case, the frequency, and therefore the duty cycle of the supply of the reference current pulse, can be set very large.

Данный способ не имеет ограничения по применению с другими типами дугогасящих реакторов, использующие алгоритмы управления, отличающиеся от рассмотренного.This method has no restrictions on the application with other types of arc suppression reactors using control algorithms that differ from the considered.

Высокая точность настройки в данном способе достигается за счет использования непосредственного измерения собственной частоты контура сети, которое к тому же производится с учетом добротности контура. Следует отметить, что для получения необходимого измерительного сигнала в контур сети достаточно вводить короткий импульс опорного тока, длительностью в пределах 5-10 мс, при этом периодичность подачи импульса и его скважность могут выбираться достаточно большими, руководствуясь лишь условиями непрерывного или пошагового процесса регулирования реактора. Этим обусловлено использование для реализации данного способа источника опорного тока с очень малой установленной мощностью.High tuning accuracy in this method is achieved through the use of direct measurement of the natural frequency of the network loop, which is also carried out taking into account the quality factor of the loop. It should be noted that in order to obtain the necessary measuring signal, it is sufficient to introduce a short reference current pulse with a duration of 5-10 ms, and the pulse supply frequency and duty cycle can be selected sufficiently large, guided only by the conditions of a continuous or step-by-step reactor control process. This is due to the use of a reference current source with a very low installed power for the implementation of this method.

Предложенный способ является новым, ранее неизвестным и он существенно отличается от аналогов и прототипа.The proposed method is new, previously unknown and it differs significantly from analogues and prototype.

Источники информацииInformation sources

1. Черников А.А. Компенсация емкостных токов в сетях с заземленной нейтралью. М.: Энергия, 1974 г., с.83-84.1. Chernikov A.A. Compensation of capacitive currents in networks with grounded neutral. M .: Energy, 1974, p. 83-84.

2. А.с. 1443077 (Россия). Гумин М.И. Способ настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях. Опубл. БИ 45, 1988. (Прототип)2. A.S. 1443077 (Russia). Gumin M.I. A method of setting compensation for capacitive earth fault current in electrical networks. Publ. BI 45, 1988. (Prototype)

3. Патент РФ 2222857. Долгополов А.Г. Способ автоматической настройки дугогасящего реактора. Опубл. 2004.3. RF patent 2222857. Dolgopolov AG A method for automatically setting an extinguishing reactor. Publ. 2004.

Claims (2)

1. Способ настройки компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях, заключающийся в том, что формируют опорный ток в контуре нулевой последовательности, измеряют напряжение смещения нейтрали и воздействуют на изменение индуктивности дугогасящего реактора, отличающийся тем, что формируют опорный ток кратковременного действия, фиксируют кривую напряжения смещения нейтрали, выделяют свободную составляющую переходного процесса, определяют собственную частоту контура и при расхождении ее с промышленной частотой формируют регулирующее воздействие на изменение индуктивности реактора.1. A method for adjusting the compensation of capacitive earth fault currents in electric networks, which consists in generating a reference current in a zero sequence circuit, measuring the neutral bias voltage and affecting the change in inductance of the arcing reactor, characterized in that they form a short-time reference current, the neutral bias voltage curve, isolate the free component of the transient process, determine the natural frequency of the circuit and when it diverges from the industrial frequency miruyut regulating effect on the change in the inductance of the reactor. 2. Способ настройки режима компенсации емкостных токов по п.1, отличающийся тем, что свободную составляющую переходного процесса определяют как разностный сигнал, полученный путем наложения двух участков кривой напряжения смещения нейтрали, зафиксированных до и после действия опорного тока.2. The method for setting the compensation mode for capacitive currents according to claim 1, characterized in that the free component of the transient is defined as a difference signal obtained by superimposing two sections of the neutral bias voltage curve recorded before and after the action of the reference current.