SU792395A1 - Method of automatic compensating for capacitive current of earthing mains - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к системам автоматической настройки компенсации емкостных токов при однофазных замыкани х на землю в электрических сет х. Известен способ настройки компенсации емкостного тока в режиме однофазного замыкани  сети на землю, согласно которому вьщел ют разность фаз между напр жением смещени  нейтрали и напр жением поврежденной фазы и по полученной разности фаз на страивают индуктивность компенсирующей катушки. Нулева  разность фаз соответствует минимуму тока в месте замыкани . Данный способ использова в устройстве дл  автоматического ре гулировани  тока компенсации 1, Однако в этом способе настройки компенсации по фазовым характеристи кам сети, управл ющее воздействие, определ емое разностью фаз как функ цией расстройки компенсации, может носить релейный характер вблизи точ ки резонанса, что неизбежно приводи к возникновению автоколебаний в сис теме . Наличие автоколебаний делает подобные системы практически неприменимыми в сочетании с плунжерными компенсирующими реакторами, а в со-четании с реакторами, управл емыми подмагничиванием, автоколебательный процесс настройки приводит к увеличению остаточного тока в месте замыкани  и тем большему, чем больше амплитуда автоколебаний. Снижение амплитуды автоколебаний в свою очередь св зано с уменьшением быстродействи  системы. Указанные недостатки фазовой системы отсутствуют в системах компенсации емкостных токов, организованных по принципу самонастраивающихс  систем с поисковой модул цией параметров, у которых критерием самонастройки  вл етс  минимум напр жени  поврежденной фазы, т.е. минимум тока через место однофазного замыкани  сети на землю. Этот способ построени  самонастраивающихс  систем компенсации  вл етс  наиболее Н изобретению. По способупрототипу индуктивности компенсирующей катушки сообщают поисковые периоч дические колебани , производ т амплитудное детектирование напр жени  поврежденной фазы и вьщел ют сигнал поисковой модул ции при помощи полосового фильтра, настроенного на частоту поиска, затем умноукают выделен ный сигнал поисковой модул ции на опорный сигнал, синхронный с поиско вым, отфильтровывают посто нную составл ющую, произведени  указанных сигналов и пастраивают по ней индуктивность компенсирующей катушки 2 . В устройстве, реализующем предла гаемый способ/ к блоку амплитудного детектировани  предъ вл ютс  повыаенные требовани , так как амплит да напр жени  поврежденной фазы мен етс  в весьма широких пределах, что св зано с больщим диапазоном изменений сопротивлени  места замыкани . Это обсто тельство и факт использовани  большого числа активных элементов (операционных усилений и т.д.), необходимых при реализации указанных операций, усложн ет устройство и снижает надежность. К недостаткам обсуждаемого способа отно ситс - также ограниченна  скорость настройки компенсации. Объ сн етс  это тем. Что дл  заботоспособности системы необходима достаточно высока  степень фильтрации высокочастот ных гармоник, при которой обеспечиваетс  должна  помехозащищенность ,системы. Увеличение же степени фильтрации при сохранении прежнего быстродействи  снижает дина шческую устойчивость и качество процессов управлени  самонастраивающейс  системы компенсации. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и улучшение ди намики настройки. Указанна  цель достигаетс  тем, что в способе автоматической компенсации емкостного тока замыкани  сети на землю, основанном на введении поисковой модул ции индуктивности компенсирующей катушки с последующим контролем параметра, харак теризующего состо ние сети, и изменением индуктивности компенсирующей катушки в зависимости от значени  контролируемого параметра, модул цию индуктивности компенсирующей атушки осуществл ют синхронно и синфазно с напр жением поврежденной фазы, при этом в качестве параметоа , характеризующего состо ние сети используют амплитуды положительной и отрицательной полуволн напр жени  поврежденной фазы, сравнивают их между собой и в случае превышени  амплитуды положительной полуволны формируют сигнал.на увеличение индуктивности компенсирующей катушки , а в случае превышени  амплитуды отрицательной полуволны формируют сигнал на уменьшение индуктивности компенсирующей катушки. На фиг. 1 и фиг. 2 представлены график, и устройство, реализующие данный способ. Фиг. 1 содержит экстремальную зависимость 1 амплитуды А напр жени  поврежденной фазы от индуктивности L компенсирующей катушки , напр жение 2 (период напр жени ) поврежденной фазы и поисковые колебани  3. Причем режиму перекомпенсации соответствуют кривые 2 и З , недокомпенсацИи - 2, 3 и резонансу - 2, 3. На фиг. 2 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ. Схема содержит блок 4 выбора поврежденной фазы, входы которого подключены к низковольтным обмоткам трансформатора 5 (трансформатора напр жени  фаз сети) , а его выход на вход амплитудного дискриминатора б, Выход дискриминатора 6 св зан с входом интегратора 7, выход которого соединен с входом усилител  мощности 8 в цепи управлени  катушкой индуктивности 9, подключенной к сети через присоединительный трансформатор 10. Работа способа заключаетс  в следующем. При модул ции индуктивности компенсирующей катушки сигналом, синхронным и синфазным с напр жением поврежденной фазы, само напр жение поврежденной фазы трансформируетс  так, что амплитуда положительных полуволн при перекомпенсации меньше амплитуды отрицательных полуволн, а при недокомпенсации наоборот амплитуда отрицательных полуволн меньше амплитуды положительных полуволн о При точной компенсации амплитуды положительной и отрицательной полуволн равны. Кроме того, при введении указанной модул ции в напр жении поврежденной фазы возникает посто нна  составл юща , величина и знак которой определ етс  расстройкой компенсации. Изложенное иллюстрируетс  на фиг. 1. Минимум амплитуды А напр жени  поврежденной фазы соответствует резонансному значению индуктивности Lpej. Поисковые колебани  3 индуктивности осуществл етс  синхронно (с частотой сети) . и синфазно с напр жением 2, что на фиг. 1 отображено соответствующими моментами перехода t, t, t через нуль напр жени  2 поврежденной фазы и поисковых колебаний 3, а именно моментами f- l «-I f f ы t t 0 --t J 1 -Q a. O -1 n J - i л - ) V. Jrj f f u ДЛЯ режимов недокомпенсации, перекомпе .нсации и дл  режима резонансной настройки. Под воздействием сигнала поиска в режиме перекомпенсации т.е. когда L Lpgj, амплитуда напр жени  поврежденной фазы устанавливаетс  равной А+ в положительный полупериод (, t ) и А - в отрицательный полупериод (t, t). Из фиг. 1 видно, что при перекомпенсации . В случае недокомпенсации,This invention relates to systems for automatically adjusting capacitive current compensation for single-phase earth faults in electrical networks. The known method of setting the capacitive current compensation in the single-phase circuit mode of the network to the ground, according to which the phase difference between the neutral bias voltage and the damaged phase voltage and the resulting phase difference inductance of the compensating coil is dissipated. Zero phase difference corresponds to the minimum current at the point of closure. This method is used in the device for automatic regulation of the compensation current 1. However, in this method of setting the compensation by the network phase characteristics, the control effect determined by the phase difference as a function of the compensation detuning can have a relay character near the resonance point, which is inevitable lead to the emergence of self-oscillations in the system. The presence of self-oscillations makes such systems practically inapplicable in combination with plunger compensating reactors, and in combination with reactors controlled by magnetization, the self-oscillatory tuning process leads to an increase in the residual current in the circuit and the larger the amplitude of self-oscillations. The decrease in self-oscillation amplitude, in turn, is associated with a decrease in the system speed. These drawbacks of the phase system are absent in capacitive current compensation systems organized according to the principle of self-adjusting systems with a search modulation of parameters in which the self-tuning criterion is the minimum voltage of the damaged phase, i.e. minimum current through the single-phase circuit of the network to the ground. This method of building self-adjusting compensation systems is the most H of the invention. According to the method of prototype inductance of the compensating coil, search periotic oscillations are reported, amplitude detection of the voltage of the damaged phase and the search modulation signal are detected using a band-pass filter tuned to the search frequency, then multiply the selected search modulation signal by a reference signal synchronous with search, filter out the constant component, produce these signals, and inductance of the compensating coil 2 pass through it. In the device that implements the proposed method / to the amplitude detection unit, the requirements are high, since the amplitude of the voltage of the damaged phase varies within very wide limits, which is associated with a large range of resistance of the closure location. This circumstance and the fact of using a large number of active elements (operational amplifications, etc.) required for the implementation of these operations complicates the device and reduces reliability. The disadvantages of the method being discussed are the relative speed of compensation adjustment is also limited. This is explained by the fact. What is required for a system to maintain system quality is a sufficiently high degree of filtration of high-frequency harmonics, which should ensure the noise immunity of the system. Increasing the degree of filtration while maintaining the same speed reduces the dynamic stability and the quality of the control processes of the self-adjusting compensation system. The aim of the invention is to increase speed and improve tuning dynamics. This goal is achieved by the fact that in the method of automatic compensation of the capacitive current of the circuit of the network to earth, based on the introduction of search modulation of the inductance of the compensating coil with subsequent monitoring of the parameter characterizing the state of the network, and changing the inductance of the compensating coil depending on the value of the monitored parameter module The inductance of the compensating combo is synchronized and in phase with the voltage of the damaged phase, with the parameter characterizing This network uses the amplitudes of the positive and negative half-waves of the damaged phase, compares them with each other and, if the amplitude of the positive half-wave is exceeded, generates a signal to increase the inductance of the compensating coil, and if the amplitude of the negative half-wave is exceeded, they form a signal to reduce the inductance of the compensating coil. FIG. 1 and FIG. 2 shows a graph and a device implementing this method. FIG. 1 contains extreme dependence 1 of the amplitude A of the voltage of the damaged phase on the inductance L of the compensating coil, voltage 2 (period of the voltage) of the damaged phase and search fluctuations 3. Moreover, overcompensation corresponds to curves 2 and 3, undercompensation II, 3, and resonance 2 3. In FIG. 2 shows a device that implements the proposed method. The circuit contains a block 4 for selecting the faulty phase, the inputs of which are connected to the low-voltage windings of the transformer 5 (mains phase voltage transformer), and its output to the input of the amplitude discriminator b, The output of the discriminator 6 is connected to the input of the integrator 7, the output of which is connected to the input of the power amplifier 8 in the control circuit of the inductor 9 connected to the network via a connecting transformer 10. The operation of the method is as follows. When the inductance of the compensating coil is modulated by a signal synchronous and in-phase with the voltage of the damaged phase, the voltage of the damaged phase itself is transformed so that the amplitude of the positive half-waves during overcompensation is less than the amplitude of the negative half-waves, and when under-compensated, the amplitude of the negative half-waves is less than the amplitude of the negative half-wave. compensation amplitudes of positive and negative half-waves are equal. In addition, with the introduction of this modulation, a constant component arises in the voltage of the damaged phase, the magnitude and sign of which is determined by the detuning compensation. The foregoing is illustrated in FIG. 1. The minimum amplitude A of the voltage of the damaged phase corresponds to the resonance value of the inductance Lpej. The search oscillations 3 inductances are carried out synchronously (with the frequency of the network). and in phase with voltage 2, which is shown in FIG. 1 is indicated by the corresponding transition times t, t, t through zero of voltage 2 of the damaged phase and search fluctuations 3, namely, moments f - l &a; I f f s t t 0 - t J 1 -Q a. O -1 n J - i l -) V. Jrj f f u FOR undercompensation, repacking modes and for resonant tuning mode. Under the influence of the search signal in overcompensation mode, i. when L Lpgj, the voltage amplitude of the damaged phase is set to A + in the positive half-period (, t) and A in the negative half-period (t, t). From FIG. 1 shows that with overcompensation. In case of undercompensation,

т.е. когда L справедливо уже обратное неравенство (см,фиг. В точке L Lpgj амплитуды указанных полуволн совпадают, т.е. А А ,those. when L has the opposite inequality (see, fig. At the point L Lpgj, the amplitudes of the indicated half-waves coincide, i.e. A A,

То же самое можно сказать и о площад х этих полуволн. Разность площадей представл ет собой посто нную составл ющую напр жени  2 поврежденной фазы, котора , как и разность амплитуд положительнсэй и отрицательной полуволн, при перекомпенсадии больше нул , при недокомпенсации меньше нул  и равна нулю в режиме резонанса.The same can be said about the areas of these half-waves. The area difference is a constant component of the voltage 2 of the damaged phase, which, like the amplitude difference of the positive and negative half-waves, when overcompensated is greater than zero, under-compensated is less than zero and is equal to zero in the resonance mode.

Следовательно, как разность амплитуд положительной и отрицательной полуволн, так и посто нна  составл юща  напр жени  поврежденной фазы в равной мере несут информацию о величине и знаке расстройки системы . Эта информаци  используетс  да лее дл  настройки индуктивности компенсирующей катушки на оптимальное состо ние Lpei,,Consequently, both the amplitude difference of the positive and negative half-waves, and the constant component of the voltage of the damaged phase equally carry information about the magnitude and sign of the detuning of the system. This information is used further to adjust the inductance of the compensating coil to the optimum state Lpei ,,

В качестве примера рассмотрим работу устройства (фиг. 2) автоматической минимизации тока замыкани  сети на землю по разности амплитуд положительной и отрицательной полуволн .напр жени  поврежденной фазы.As an example, let us consider the operation of the device (Fig. 2) of the automatic minimization of the network grounding current by the difference of the amplitudes of the positive and negative half-voltages of the damaged phase.

В режиме однофазного замыкани  сети на землю блок 4 выбора поврежденной фазы подключает вход амплитудного дискриминатора б к соответствующей никзовольтной обмотке трансформатора 5. Амплитудный дискриминатор б, предназначенный дл  выделени  разности амплитуд положительных и отрицательных полуволн напр жени  поврежденной фазы, состоит из двух разнопол рных однополупериодных выпр мителей , выход одного из которых соединен с землей, а выход другого с входом интегратора 7. Нагрузкой каждого выпр мител   вл етс  конденсатор и резистор, включенные параллельно . Значени  амплитуд положительных и отрицательных полуволн запоминаютс  на соответствующих конденсаторах со своими .знаками. Напр жение на выходе амплитудного дискриминатора б, относительно земли, подаваемое на вход интегратора 7, содержит в себе посто нную составл ющую , пропорциональную разности амплитуд положительной и отрицательной полуволн, котора   вл етс  управл ющим сигналом. Переменна  же составл юща  выходного напр жени  амплитудного-дискриминатора, проход  интегратор 7 и усилитель мощности 8, играет роль поискового сигнала, модулирующего индуктивность компенсирующей катушки 9. Причем уровень переменной составл ющей (в зависимости от значени  индуктивности компенсирующей катушки) мен етс  аналогично напр жению поврежденной фазы, что делает величину сигIn the single-phase ground network mode, the damaged phase selection unit 4 connects the amplitude discriminator input b to the corresponding voltage transformer nikrovolt 5. The amplitude discriminator b, designed to isolate the difference of the amplitudes of the positive and negative half-wave voltage of the damaged phase, consists of two polarized single wave rectifiers , the output of one of which is connected to ground, and the output of the other to the input of integrator 7. The load of each rectifier is a capacitor and a resistor connected in parallel. The magnitudes of the amplitudes of the positive and negative half-waves are stored on the respective capacitors with their own signs. The voltage at the output of the amplitude discriminator b, relative to earth, supplied to the input of the integrator 7, contains a constant component proportional to the difference of the amplitudes of the positive and negative half-waves, which is a control signal. The variable component of the output voltage of the amplitude discriminator, pass integrator 7 and power amplifier 8, plays the role of a search signal modulating the inductance of the compensating coil 9. Moreover, the level of the variable component (depending on the value of the inductance of the compensating coil) changes similarly to the voltage of the damaged phases that makes sig value

нала поиска, а следовательно, и .сигнала управлени  приблизительно пропорциональной абсолютной величине расстройки компенсации. Последнее дополнительно улучшает динамику самонастраивающейс  системы компенсации .The search signal, and therefore also the control signal, is approximately proportional to the absolute value of the detuning compensation. The latter additionally improves the dynamics of the self-adjusting compensation system.

Таким образом, предлагаемый способ построени  автоматических систем компенсации с модул цией индуктивности компенсирующей катушки сигналом Thus, the proposed method for constructing automatic compensation systems with inductance modulation of a compensating coil by a signal

o синхронным и синфаз11ым с напр жением поврежденной фазы, в отличие от способа-прототипа , . позвол ет сократить количество операций обработки сигна-, лов до одной, а именно до операции o synchronous and synphasic with the voltage of the damaged phase, in contrast to the prototype method,. reduces the number of signal processing operations to one, namely before the operation

5 сравнени  амплитуд положительной и отрицательной полуволн напр жени  поврехаденной фазы или до операции выделени  посто нной составл ющей из этого напр жени , что позвол ет уп0 ростить и повысить надежность устройств автоматической компенсации. . Следует отметить, что дл  формировани  сигнала поиска не требуетс  дополнительных затрат (например, 5 compare the amplitudes of the positive and negative half-voltages of the three-phase phase or before the operation of isolating the constant component of this voltage, which allows to increase and increase the reliability of the automatic compensation devices. . It should be noted that additional costs are not required for generating the search signal (e.g.

5 специального генератора поискового сигнала), так как этой целью можно использовать само напр жение поврежденной фазы. Кроме того, равенство между частотой поиска и частотой сети, мала  инерционность канала 5 of a special search signal generator), since for this purpose the voltage of the damaged phase itself can be used. In addition, the equality between the search frequency and the network frequency, the channel inertia is small

0 самонастройки, вносима  только амплитудными дискриминатором или сглаживающим фильтром, а также возможность введени  зависимого сигнала поиска, амплитуда которого пропор5 циональна абсолютной величине расстройки компенсации, все это позвол ет достичь высокой скорости настройки тока замыкани  на минимум при апериодическом (если усреднить на 0 self-tuning, introduced only by an amplitude discriminator or a smoothing filter, and the possibility of introducing a dependent search signal, whose amplitude is proportional to the absolute value of the compensation detuning, all this makes it possible to achieve a high rate of setting the closing current to a minimum at aperiodic (if averaged over

0 периоде поиска) переходном процессе, что в свою очередь повышает эффективность компенсации, надежность функционировани  и безопасность эксплуатации электрической сети.0 search period) transition process, which in turn increases the efficiency of compensation, reliability of operation and safety of operation of the electrical network.

4545

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР № 330509, кл. Н 02 I 3/12, 1972.1. USSR Author's Certificate No. 330509, cl. H 02 I 3/12, 1972. 2.Отчет НИР Разработка и внедрение автоматической системы компенсации емкостных токов однофазных замыканий в кабельных сет х,2. R & D report Development and implementation of an automatic compensation system for capacitive currents of single-phase short circuits in cable networks, 6660355, 1977, с. 82-83, 163-190. 6660355, 1977, p. 82-83, 163-190.