автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Совершенствование средств компенсации емкостных токов замыкания на землю

петров шосиш иванович

ссв2я12-:стбоеже средств ншшса1#;

ЕО-ШШЭС токов зййзккж на ээллю

ГС^г/

и '

Специальность 05.09.03 - "Электротехнические комплексы и

системы, ьклвчая их упрг.ьлсн;:е 1: регулирование"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации ка соискание ученой.степени какд^ата технических наук

¡¿оскЕа - 1524

Работа выполнена на кафедре электроснабжения промышленных предприятий Московского энергетического института

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент ГАЫАЗЩ С.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор БЛСИН Б.П.

.ка-чдидат технических наук ШН А.Д.

Еедуцая организация институт ГИЛРОТРУБСПРОБОД .

Зацита состоится "_"_1994 года в аудиторий

М-214 в час. мин. на заседании Специализированного Совета К-053.16.06 Московского энергетического института

Отзывы о работе (в двух экземплярах, заверенные печатью) -про скм направлять со адресу: 105335 ГСП, Москва, Е-250, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый Совет КЗИ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ШЛ

Автореферат разослан "__1994 года

Учений секретарь Специализированного Совета

кандидат технических наук, дсцент . л Т.В.АнчароЕа

ОНДАЯ ХлЕЖЖСТиКА РАШК

Актуальноеть темы. Ьример-га 75% всех перерывов в системах электроснабжения (СЭС) происходит из-за отказов в распределительных сетях о-ЗЬ .чВ, работающих с заземленной через дугогасящий реактор СДР) или изолированной нейтралью. В спою очередь около 75%. от этого числа повреждений составляют одно4азные зсмчкания на земля (033), сопровождающиеся, как•правило, персмеласщейся дугой. Еозтгаиоцие при этом перенапряжения приводят к поЕрезде-ниа эяектрсоборудовения.,- уввличеикв вероятности перехода 033 в многофазные, и, как следствии, к увеличен:® длительности перерыва электроснабжения потребителе".

Эффективность локализации одно 4 се них з^.гчаннЯ на зекл« и, следовательно, снижение ущерба от-такого кда повреждения в СЗС, зависит от ьели-ины остаточного тока закяания к времени восстановления напряжения па поврежденной'фазе и колют (.'¡ль оСеспечс-но кыборсм оптимального рет.ица компенсации ежоетпого тона зл-[.екканкя. Однако решение этой проСле:«.: сопржено с определтнавл: трудностями, связанными отсутствием: а) удсСнкх и безопасных в эксплуатации методов определен;», проводимостей фаз на землю; б) устройстз настройки ДР со ступенчать;м регулированием индуктивности; в) быстродействующих автоматических устройстз настройки ' •дугогасяцих реакторов с пяаанкм регулированием индуктивности, функционирующих в режиме закупания.

Цель работы - Разработка и совершенствование средств компенсации еикостнкх. токов аомккькия яа землю а распределительных се-,тях; продленных предприятий,' повышавших надежность этих сетей ■ и эффективность электроснабжения потребителей.

Диссертационная работа выполнена на кафедрах элекгроснабяе-нйя проявленных предприятий Московского энергетического института и Чувашского государственного .университета а соответствии . с координационным планом научных исследований, проводимых по проблеме (0.01. II) "Разработка к внедрение 'нобнх методов и технических -решений в области межотраслевых проблем прошаленной энергетики, направленных на энергосбережение"..

Яа защиту взносятся:

1. Методы измерения проводимосгей.фаз на землю для'электрических . сетей с различными напряжениями несимметрии.

2. Метод'контроля-режима компенсации в контуре иулеовй последов.':-

телькости СЮ) сети и устройство выбора оптимальных ответвлений дугогаскцих реакторов со ступенчатым регулированием индуктивности.

3. Пришил одно канального регулирования тока компенсации б различных режимах во время существования замыкания на землю.

4. Екстрсдействуищая система автоматической компенсации тока замыкания на земли, способная работать в различных условиях горения дуги. 0

Методика проведения исследований

Исследования, проведенные б работе, базируются на использовании методов математического и физического моделирования, обцей теории электрических цепей, теории автоматического управления с использованием вычислительной техники на основе коделированкя переходных процессов ъ СЭС.

Научная новизна

1. Разработаны ыетедк определения пронодикостей фаз на земш по величина?.; напряжения на реакторе,тока реактора и ихДаз, а такие переключением ответвлений катупки дугогасящего реактора при достаточном напряжении естественной несимметрии и введением напряжения вспомогательного источника через сигнальную обиогку реактора при равенстве'проводимостер $аз на землю.

2. Разработано устройство контроля режима компенсации-емкостного тока, защищенное авторским свидетельством, обеспечивающее оперативный зкбор требуемого ответвления ДР, выдающее сигнал дежурном персоналу при превышении допустимой расстройки'в процес- . се эксплуатации.

3. Предложена методика аналитического исследования скорости восстанавливавшегося напряжения после обрыва дуги для определения допустимой зоны изменения степени расстройки в КНП сети, выбран оптимальный параметр регулирования в режиме замыкания,

на землю и обоснован принцип построения одноканального автоматического регулятора настройки реакторов.

4. Разработаны структурная математическая модель ДР с под-ыагничиванием для получения динамических характеристик на основе обмоточных данных, геометрических размеров кагнитопровода, экспериментальных регулировочных статических характеристик и быстродействующая система автоматической компенсации тока замыкания на земли, (¿ункционирувгцая в режиме замыкания.

Практическая значимость работы

I. Предложены методы измерения проводимостей фаз сети для тока замыкания на земли независимо от наличия напряжения естест-

венкой несимметрии, обеспечиьаодая достаточную точность, простоту и бззопасность производства измерений.

2. Разработано устройство контроля режима компенсации емкостного тока замыкания на землю, позволяющее более точно выбрать требуемое ответвление дугогасящего реактора со ступенчатым регулированием тока компенсации.

3. Предложена математическая модель ДР с подмагничиганием для получения его динамических характеристик, передаточной функции по его статическим регулировочным характеристикам, обмоточ-

. ним и конструктивным параметрам магнитопровода, позволяющая оптимизировать параметры контура регулирования. ■

4. Разработана быстродействующая система автоматического регулирования тока компенсации, способная (¡ункшипироЕать как в условиях устойчивого, так и пзремежаэ'дегося дугового замыкания фазы сети на эекла, использование которой дает юзможносгь повысить надежность и бесперебойность электроснабжения потребителей.

Реализация результатов работы

Теоретические и практические результаты1, полученное б диссертационной работе, использованы при выполнении хоздоговорных работ, выполненных кафедрой Эс!Ш ^вГУ е прог^шленнкми предприятиями. Разработашые устройства контроля режима компенсации дуго-гасядих реакторов со ступенчатк регулированием индуктивности, снабженные устройство»-! сигнализации превышения допустимой расстройки компенсации, внедрены «а подстанциях АО "Чувашэнерго".'

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на: X сессии Есесоюзного семинара "Кибернетика электрических систем" по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий", в г. Новочеркасске в 15ца г.; научных семинарах кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий" Московского энергетического института, г. Москва (196в, 1992 гг.); итоговых научных конференциях Чувашского государственного университета, г. Чебоксары (Ш:6-19УЗ гг.).

Публикации. По'теме диссертации опубликовано 4 печатных работы, в том числе получено I авторское свидетельство на изобретение.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 92 наименований и приложений. Общий объем работы - 171 страница и включает: 117 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 6 таблиц.

содашшЕ шюта

Во введениии на основе анализа состояния проблемы компенсации емкостных токов замыкания на землю обосновываются актуальность и особенности темы, формулируется цель работы.

В первом разделе разработаны метода измерения проводимое- _ тей фаз на землю и устройство ^с^нтролк режима компенсации в ЫШ " сети для выбора требуемого ответвления ДР со ступенчатым регуяи- ■ рованием. '

На основе анализа существующих косвенных методов измерения составляющих тока замыкания на землю в работе предложено несколько способов измерения проводимостей фаз на землю, которые рекомендованы к применения в электрических сетях с различными напряжениями несимметрии.

При достаточном напряжении естественной несимметрки для предварительной оценки емкостной и активной проводимостей фаз сети на землю можно использовать два метода. Первый метод основан на измерении напряжения смещения нейтрали ( 0о ), тока в цепи реактора ( 1/> ), напряжения несимметрии С Он ), обусловленного неравенством проводимостей фаз сти на зешш и измеряемого при отключенном ДР. Досле измерения указанных величия комплексная проводимость эквивалентной трехфазной сети может быть пред-" ставлена формулой

U„ÍUHC

где знак перед Une соответствует режиму компенсации.

С учетом рассмотрения эквивалентной трехфазной сети и соответствующих фаз d. , ? напряжений UMe , U0 , а так-, ке фазы J> тока реактора получены выражения эквивалентных

проводимостей сети ,

' t>__

ti** [и»с а>* UoC4(y-JS)] '

[uni ¡i.tf-''н u •

Затем результирующую проводимость можно определить по соотношению между проводимостями

= M (3î/wC.)4 ' (2)

— ■ // / и/ . ' I

о; £>

^ ТЧйф 0)

-■—. По второе метод,' для двух ответвления реактора предусмотрено измерение двух значений напряжения смешения нейтрали <

1/ог ) и угла между ник:? В . По данным измерений, а также определив по паспортным данным рабочие токи реактора и 1рг соответствующие выбранным ответвлениям,при проведении опнта, ток замыкшия находится согласно выражению

4 _ а _ _ _______________

Чисг + и°*/и„ -

где Л 1Р и ТР - потери активной мощности в относительных единицах в реакторе и его номинальный ток.

Действительная часть полученного выражения пэзсолг.ет оценить активную, и мнимая - реактивную составляющие тока зачыкгния на землю.

Г;ри отсутствии напряжения естественной неснмметрии рекомендовано введение напряжения вспомогательного источника через сигнальную обметку ДР; В этом случае напряжение одаденкя нейтрали полностью приложено к проводиыостям фаз на землю электрической сети. Поэтому для определения полной проводимости до ста-1 точно измерить ток в цепи реактора и напряжение на кем. Тогда ток замыкания равен

. 1.Г ^ ¿ = . (5)

Если возникает необходимость оценки составлявших тск& змгвг-кания, то можно воспользоваться предццущим методом, т.е. переключением ответвлений реактора и получить выражение для тока замыкания, которое имеет вид: ■

• _ ^-.^¿я^дР/р + ][А- (вП)саэ$ 8/д) ]

^ . Ы . .А- 2Всо7*.+ 3'/А. '

где А=М>г/и,. и .

Ло предложенным кетедак проведены измерения в действующих электрических сетях и оценка погрешности измерений выполнена но результатам опыта металлического замыкания ка земли. Ошибка при определении емкостной составляющей тока замыкания не превышает Ь,о, а активной составляющей - 10$.\

- с -

Таким образом, разработанные методы позволяют оценить косвенным путем величину тока эамшания, определить степень расстройки компенсации к по результатам измерений находить требуемое ответвление реакторов со ступенчатая регулированием.

Для постоянного контроля режима компенсации разработано устройство с исшльзоьанием фазоьых характеристик К1Ш сети. Вывод уравнения фазовых характеристик выполнен в соответствии с. эквивалентной схемой замещения КШ1 сети с учетом продольной проводимости трансформатора, к нейтрали которого подключен ДР,и напряжения вспомогательного источника, введенного через сигнальную обмотку реактора.

Фаза тока в цепи реактора относительно опорного напряжения-зависит от следующих параметров, приведенных е выражении

где и ХР , 1Р их , и х, активные и ••реактивные сопротивления реактора, трансформатора и электрической сети.

В соответствии с приведенным выражением знак расстройки компенсации можно определить по положению вектора тока в цепи реактора относительно напряжения вспомогательного источника. При (хр *г/з)<хэ знак расстройки положительный и отрицательный - для значений (х^ +- * г/з)? . Б качестве опорного напряжения можно использовать любое другое линейное напряжение с измерительного трансформатора напряжения.

На рис. 1 приведена функциональная схема устройства контроля режима компенсации (УКРК).

Работа устройства основана на определении знака фазы между напряжением смешения нейтрали при отключенном разъединителе 16 и тока реактора, когда реактор включен. Необходимое для работы УКРК опорное напряжение сформировано из любого линейного фаэо-поворотным блоком 3. На входы переключателя о подключены выходы обмоток трансформатора тока I и разомкнутого треугольника трансформатора напряжениям. К выходу переключателя последовательно соединены ограничитель сигнала б, фильтр основной гармоники ? и усилитель формирователь Ь. Сформированные усилителями формирователями 4 и с в импульсы прямоугольной формы опорное напряжение, а также напряжение несимметрии или ток реактора поданы на входи логического элемента ЭД-НЕ ЙЗТ -триггера 10, фа-эочувствительного органа II, управляющий вход которого соединен

(?)

Рис, I, функциональная схема устройства контроля режима компенсации

с ьыходс.м триггера. /?$Т-триггер синхронизирован импульсами, сформированными дифференцирующим звеном 12. Магнитоэлектрический прибор 13 подключен к выхода фаооиэмерителького блока Пи показывает непосредственно знак и степень расстройки компенсации.

Комплектование ДР со ступенчатым рзгулирсванисс индуктивности УКРК позволяет оценить знак и степень расстройки компенсации в любой момент времени и оперативно выбрать требуемое ответвление катушки реактора без проведения предварительных подготовительных работ.

Во второй главе рассмотрены вопросы поддержания оптимального режима компенсации емкостных токов замыкания на земл» б СЭС промышленных предприятий. Проведен аначкз изменения параметров КЖ1 электрической сети в разлиннкх режимах работы. Согласно ШУ электрических сетей с компенсацией емкостных токов напряжение на нейтрали в нормальном режиме не должно превышать 0,15 . Превышение напряжения на нейтрали допустимого значения, вызванное изменением проводимостей фаз на землю, наблюдается часто и в отдельных случаях в резонансном рекиме может превысить фазное, что приводит к ложному срабатыванию защиты, а иногда и к авариям. Исходя из этого, предложено осуществлкть компенсации емкостных токов с требуемым режимом во время существования замыкания на землю, а

в нормальном режиме эксплуатировать электрические сети со значительной расстройкой ККП сети.

ликвидация дугового однофазного эакыкаиия из-за вероятности перехода в 033 должно осуществляться с большим быстродействием, которое, б зависимости от. параметров' сети, далкко быть не более 0,3*1,5-е, что требует выбора оптимального параызтра регулирования, пропорционального величине расстрокк кеыг.енсацки с целью создания быстродействующей системы автоматической компенсации.

Частота возникновения электрической дуги и гшенае ее в месте .повреждения зависит от времени восстановления напряжения . на поврежденной фазе.Для сценки времени восстановления напряжения от степени расстройки компенсации и определения допустимой зоны ее изменения проведены исследования переходных процессов в ШШ сети (рис. 2} и на физической модели электрической сети.

/оо

V1' Л

К 0

{Ц й

С

Б К

О'

{"КС.

Эквивалентная схема сети

3&№к»ние фазы сети на землю осуществляется ключом ЗА через переходкое сопротивление . Управление ключом производится блоком коммутации (Ш), формирующий управляющие сигналы для включения ключа при напряжении на нейтрали, соответствующем нормальном;/ режиму сети и для его отключения при переходе тока замыкания через нулевое значение.

уравнения;/,, составленным по законам Кирхгофа в соответствии с электрической схемой, приведенной на рис. 2, была составлена математическая модель и прогеден расчет с помощью ЭШ зависимости времени восстановления напряжения поврежденной фазы ст степени расстройки по кривым переходных процессов согласно выражению Ц- '

где Uj и С1г - напряжения на нейтрали, соотнетстсукдие моментам замыкания ( t< )'и размыкания ( 1г ) ключа ЬА .

В исходные данные для расчета введены параметры физической модели электрической сети с реэультярукцей емкостью сети 7й мкФ и переходнъм сопротивлением, раЕнкм 9 Ом.

lio результатом зкслеркмегггадьных исследований построены зависимости коэффициента успокоения сета i , времени восстанавливающегося напряжения t и тока замыкания t¡ от степени расстройки компенсации, приведенные на рис. 3. Зйжиаи.исть

постоянной времени аоестг.-'новления напряжения поврежденной фазы после обрыва дуги, полученная с помо^ъэ математической модели, практически совпадает с кривой изменения постоянной времени (рис. 3), построенной по результатам проведенного опыта на физической модели.

Так»1 образом,- пред' дожекну» математическую модель мояно рекомендовать для расчета переходных процессов у KHii сети с различными параметрами.

Анализ этих зависимостей пок&з!Я'йет, что величина расстройки ЫШ сети сильно влияет ка остаточный то;; замыкания и особенно на Рис. 3, Кривые изменения параметров - время восстановления напря-сети ' женкя на поврежденной фьзе.

Наибольшее время восстановления и наименьшее значение тсжа заикания соответствуют одной и той же величине расстройки, которая скецена з сторону положительных значений а пределах гызг-ан-

кое влиянием изменяющихся 'активных потерь Д5. Е:,:сокуа точность и быстродействие системы регулирования в режимах перс?;ежаж;;его-ся и дугового замыканий могут обеспечить систем» 'регулирования, работающие по фазовому принципу.

С учетом равенства активных проводимостей фаз на землю и пренебрегая коэффициентом естественной несимметрии выражение для напряжения смещения нейтрали имеет вид

где Ы - коэффициент успокоения сети; ¿^-дополнительный коэффициент успокоения, обусловленный переходным сопротивлением в месте замыкания;' V - степень расстройки компенсации.

Геометрическим местом концов векторов Ов.0 является окружность диаметром ^¡/^ + о^] . Остаточное напряжение в месте повреждения равно

Аргумент отношения векторов . 0АС.. и 0ео равен фазовому УШУ ■ V ' '

<г? = • (в)

Регулирование тока компенсации в соответствии с выражением (Ь) возможно только в режиме устойчивого горения дуги. При обрыве дуги в месте повреждения величина угла у зависит ле только от степени расстройки, но и от времени. Поэтому в режиме перемежающегося дугового замыкания учитывается разность частот напряжения на реакторе и восстанавливающегося напряжения поврежденной фазы, равная ' 8ш - <¿>„(1 - ^Т- ь" ) .

С учетом этой разности частот после обрыва дуги в месте повреждения фазовый угол.находится согласно выражению.

' / <р „ агып , (5)

. 7 со$8и>1 - к е. 81

а собственная частота вектора восстанавливающегося напряжения

-Л

с!ф - к.& (8сосо$$ш1 + Ssin$'u>t) = ■—--;........-

4 М ° ^ + ке-*Ч«е-е* ~ ¿соь&шИ

где 6 - коэффициент затухания; к - коэффициент, учитывающий влияние переходкого сопротивления на остаточное напряжение■ в месте повреждения.

Как показывает анализ расчетных кривых фазового угла по выражению (9) изменение знака фазы при расстройках более 20% может происходить за один период промышленной частоты, ¡»этому при проектировании автоматической системы регулирования тока компенсации необходимо предусмотреть формирование сигналов управления с требуемым знаком и применить фаза измерительный орган, реагирующий на изменение частот входных сигналов.

5 третьем разделе проведена разработка структурной математической модели ДР с подмагничиванием. На основе кратного обзора применяемых в электрических сетях ДР и сопоставления их электромагнитных свойств для плавкого регулирования тока коьгпен-сеции выбран Д? с псдмагничиванием, разработанный на кафедре электроснабжения ЧуьГУ. Б этом реакторе совмещены преимущества реакторов продольного и поперечного подмагничивания-за счет расположения оси обмоток подмагничивания перпендикулярно магнитному потоку рабочих обмоток. ДР с подмагничивением рекомендован к использованию совместно с ДР со ступенчатым регулированием индуктивности, являющимися базовыми. Причем мощность ДР с под-магничиванием равна только изменяющейся части реактивной мощности сети, которая, как показывает опыт эксплуатации сетей 6-35 кБ,.не превьыает ЪС%.

При проектировании системы автоматической компенсации емкостных токов возникает задача оптимизации параметров контура регулирования по быстродействию и точности настройки. Для этого необходимо иметь передаточную характеристику Д? с пидкагнячива-нием, т.е. зависимость выходного рабочего тока реактора ст величин напряжений на рабочих обмотках и обмотках подмагничивания.

.Снятие динамических характеристик путем ссциллографироъа-ния требует дополнительных затрат и позволяет получить только семейство переходных характеристик, соответствующих различным значениям напряжения подмагничивания и требующих дальней ей обработки. Поэтому в работе для получения обобщенно», передаточной характеристики Д? с псдмагничиванием использована обобщенная структурная математическая модель, шзволшщая рассчитать постоянную Бремени реактора от тока подмагничивания, т.е. Т„ ~/('.,) Реализация математической «одели выполнена с применением статической экспериментальной регулировочной характеристики,- обкаточных данных и параметров магнитопровэда реактора. Использование экспериментальной регулировочной характеристики даст возиож-

кость учесть действительнув картину изменения потоков рассеяния, упрощает расчетную модель и снижает погрешности расчета.

В связи с тем, что реактор предназначен для регулирования тока компенсации только во время существования замыкания на земли, использована только одна регулировочная характеристика

хр ~j(i„) , соответствующая номинальному напряжению на реакторе. Для аппроксимации .этой характеристики применена функция Хр — °/ (i-r6in) . Аппроксимация кривой намагничивания H-f(B) проведена нечетным степенным полиномом о0В + а,В-<4-a¿Bs . коэффициенты которого определены по мини- , куцу среднеквадратичной оаибки.

Для описания процессов в управляемом реакторе исходными . приняты уравнения, составленные по 1 и h законам 'Кирхгофа в соответствии со схемой замещения магнитной цепи, а также контуров электрической цепи рабочей обмотки и обмотки подмагничивания ДР.. ла:хдь;й участок магнитопровода введен ь структурную модель нелинейным магнитным сопротивлением, связывающим магнитный поток с магнитным напряжением.. Равномерно распределенный магнитный поток рассеяния с целью упрощения расчетов представлен сосредоточенным. Введение реальной зависимости :Хр~/ап) позволяет непосредственно находить магнитное .напряжение на ярме ф6 R6 , кото--рое в свою очередь зависит от намагничивающей силы ¡ПЩ Связь магнитного потока рабочего стерсшя с электрическими параметрами в операторной форме выражена в виде

fL(P) - <-~(р)Ч/(wAtJp) , а магнитное напряжение на ярме находится согласно выражению

. . %р f __ р ... .• ;. ..

■ Полученное уравнений, непосредственно реализовано на структурной модели для расчета магнитного напряжения на ярме с учетом con- . ротивления немагнитного зазора R^ , активного сопротивления рабочей обмотки и магнитного сопротивления стали рабочего

стержня Rcr . Расчет магнитного напряжения на ярме по приведенному уравнению не .-требует определения сопротивления рассек , н::я R- , т.к. применение реальной характеристики,-/Xp — f(in) автоматически учитывает его изменение. ' • • '-..- ; ;■;

Сопротивление немагнитного зазора, в стержняк-определено. -.

согласно выражению

.......

где . - длина немагнитного зазора; - коэффшиснг

выпучивания магнитного потока в зазоре; г, - число оааирсг.

Определив зависимость магнитного напряжения на ярг:с от тока ¿„ при известных параметрах участков магнитопроюда ярма и числа витков обмотки подмагничивания мо:шо выразить магнитный поток на участке ярма, где размещена обмотка подоагшпшюння, который позволяет непосредственно находить постоянную) времени обмотки подмагничивания для различных значений накагншшьайцей силы ¿„№п.

а) - б)

Рис. 4. Расчетные зависимости:-и) постоянной времени Тп

б) тока („=/({) На рис. 4, а приведена расчетная зависимость постоянной времени обмотки подмагничивания Тп~/(¿„) для-реактора мощност: J 400 «вар. Практически инерционность ДР с подмагничинанием опре- ■ . деляют только параметры обмотки подмагничивания. В связи с этим,

а также ввиду отсутствия электромагнитной 'связи между обыотка-. ми рабочими и управления динамическая модель реакторов подобного типа при известных зависимостях хр и Тп -/(

может быть упрощена и состаслена только на основе двух уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа для обмоток рабочих и подмагничивания, т.о. хР(ь) с/1

4- Т (I )—»

сИ

;.р!£е»еннги; динамическая модель наглядно иллюстрирует связь выходного тока рабочей обмотки от напряжений на обмотках рабочих и управления. На рис. 4, б представлена расчетная кривая изменения тока подмагничивания ео времени с использованием предложенной динамической модели реактора. Для проверки результатов расчета было проведено ссциллогсафпрование тока подмагничивания для тех ":ке принятых при моделировании расчетных параметров. Экспериментальная кривая изменения тока подмагничивания практически совпадает с расчетной, что свидетельствует о высокой точности динамического моделирования процессов в реальном ДР с подмагнкчив анием.

Четвертая глава посвящена выяснении особенностей автоматического регулирования б режиме замыкания и разработке быстродействующей системы автоматической компенсации емкостных токов замыкания на земли.

Для проведения качественного анализа изменения параметра регулирования разработана обобщенная структурная модель, включающая эквивалентную схему КНК сети в режиме замыкания, ДР с псдмагничиванием, а также основные элементы контура автоматического регулирования. На структурной модели (рис. 5) приведены передаточные функции отдельных звеньев и указаны сеязи мезду ними, составленные на основе уравнений, описывающих работу электрической сети совместно с ДР подмапшчивакием.' При реализации структурная модели использованы следующие параметры сети и ДР с подмагничиЕонкем: С~ Ф, д =0,00197 сн,

1/ф = 190 В, =12 Ом, Яф - 3,4 Ом, /?„ =■■ 2 Ом, -0,2994/(1 + 0,321 /„ ).

Оценка изменения угла <р приведена для трех значений степени расстройки режима компенсации, равных 9,4%; 0,17% и -9.94Й . йри разомкнутом контуре регулирования, и соответствую- : щиы указанным расстройкам отключение кл.сча к происходит в момент времени ? = 0,025 с. Кривые изменения угла пред- .

ставлены на рис. 6. ' : '

В начальном периоде после возникновения замыкания на зем- • лю возникает значительная погрешность е оценке степени расстройки и по величине и знаку этого угла невозможно судить о режиме . компенсации. Поэтому для повышения-эффективности работы ДР в режиме замыкания при формировании сигнала управления необходи- . мо ввести а канал регулирования задержку на один период промш-

ф

ТфР-{

Тфр+1

иф(р)

% ТгРг*Тгр*-1

Ui.tr (р)

А

БК

ТтУосг Ми »«/Ц*г/1Ш

ЬР

УМр)

-0-

\

РС

р

-ц») ^Цм

К -

Р

к

[_га{[л)

к

4 X •<

р

п(п

---1

!---> I---^ Т

и9пр(р)

»г,

Рис. . 5. Обобщенная структурная модель для исследования системы регулирования

град г5

о

-25

-50 [---.-,-,---,-,-,-

1 2 3 4 5 б 7 8 3 *ИГ*

Рис. б. Кривые изменения угла (р во времени.

лсиниП частот!:^ с момента возникновения замыкания на землю и пои,'о::ть быстродействие регулирования индуктивности ДР.

Льтсиаткчеекий регулятор (АР) настройки ДР с подмагничива-' нк«а с использованием фазовых характеристик Щ» сети разработан с угттои изменения фазового угла меаду кехторами напряжений на нейтрал:; и поврежденной фазы в режимах устойчивого и перемежаю-.

ося дугового замыкания на землю. С целью повышения чувствительности и схему аатомагического регулятора введены фазовочас-тоткке фидьтрк, настроенные на частоту основной гармоники сети и фазэкочастогннй компаратор, формирующий выходной сигнал с нраьильньы знаком при различных частотах входных сигналов в режиме керекеасащегося дугового замыкания.. Для обеспечения устойчивой работы АР при несшшетрии фазных напряжений в фазовопас-тотный компаратор введена зона нечувствительности-по фазе. Обеспечение быстродействия системы компенсации требует совершенствования параметров контура регулирования в соответствии с выбранным параметром регулирования в различных режимах горения дуги. Оптимизация параметров контура регулирования по - быстродействий неточности проведена на ЭШ с применением разработанной к&теи&тическоЯ модели системы автоматической компенсации токов задакакия совместно с сетью при замкнутом контуре регулирования (рис. о).

Б ходе исследования рассмотрены действия различных корректирующих звеньев на быстродействие системы регулирования: с введением отрицательной обратной связи (G0C) по току" подмагнйчивания i. пржелениеМлпропорционально-шгегрального (úi) регулятора и току подмагнйчивания и с G0C по току подмагничизашш совместно с положительной связью по производной напряжения управления с выхода интегрирующего звена. .

Ь результату проведенных исследований наибольшее быстродействие получено при введении комбинированных, звеньев, указанных в последнем варианте. Систс-ма автоматического.регулирования с приведенными комбинированными связями была изготовлена и испытана на физической модели электрической сети.

На рис. 7 приведены осциллограммы напряжения на нейтрали и-тока подмагничивания, а такле восстанавливающегося напряжения на поврежденной фазе и тока подмагнйчивания при увеличении (a) i и уменьшении емкостного тока замыкания на землю (б).

1/00

.Ч.-.1» |,Мт*

шт^

■¿лК-Г-

г

1/л

1п

а)

■

¿л и напряжений ^оо и 1/до' и уменьшении (б) тока замыкания

Рис. 7. Осциллограммы тока при увеличении (а) на земли

Приведенные осциллограммы показывают зависимость времени восстановления напряжения поврезденной фазы от величины расстройки в КНП сети и способность автоматически поддергивать оптимальный режим компенсации с помощью разработанного автоматического регулятора'при обрывах дуги в месте повреждения.

шюда

1. Предложены методы измерения прозодимсстей фаз на землю для электрических сетей с различными напряжениями несимметрии. При достаточном напряжении несимметрии рекомендовано измерение проэодимостей по величине напряжения и тока реактора или переключением его ответвлений, а при малых значениях напряжения несимметрии - введением напряжения от вспомогательного источника в сигнальную обмотку дугогасящего реактора.

2. Разработаны и внедрены на подстанциях АО "Чувагэнерго" . устройства контроля режима компенсации для выбора ответвлений катушки ДР со ступенчатым регулированием индуктивности.

3. На основе исследования скорости вссстанов..гния напряжения на поврезденной фазе определена допустимая зона изменения степени расстройки КНП сети с учетом изменения его параметров л обоснована необходимость применения быстродействующей системы автоматической компенсации, функционирующей только во время существования замыкания на землю.

4. Обоснован принцип построения одноканалькой системы управления ДР с выбором оптимального параметра регулирования режима устойчивого и переменавцегсся дугового замыкания на землю.

5. Разработана структурная математическая модель Д? с под-

кагличквгнизк с использованием его статических экспэримзнтальныс регулировочных характеристик, конструктивных парамзтроа .магнита-провода и обмоточных данных; позволявшая получить динамические характеристики.

о. На основа анализа особенностей автоматического регулирования тока компенсации во время существования замыкания на землю-и законд изменения фазового угла в режимах устойчизого'горения дуги и перемэ.'.а'Л'игаск дугового замыкания разработана система автоматической конденсации еияостнкх токов замыкания с оптимиза-. цкзЯ параметров контура регулирования по быстродействия -'и .точности настройки.

V. ПроБЗд-зкн экспоримзнтг-льщ-'зисследования системы автоматической компенсации на модэлк электрической сети с имитацией дуговых замыканий на эзмл». Результаты исследований подтверждают способность системы автоматической комлензацки поддерживать розо!шьс»»»Г: рг-ким и обаслечквать газенке дуги в месте повреядз- • нкл.

Ссновкнэ похох&чкя диссертации отражены в слздуюдйх публикациях:

. I. Степанов И.Н., Дзтроа Ю. Оптимизация систем автоматической компенсации токов замыкания на зама с помог;-.-о структурного моделирования //Тр. ин-та/лоск.энзрр.ин-т. - 1Э8Э - ■■ ■ ' Ьш. 210. С. о-12. '.'-.■-,.

2. Степанов 51.Н., Яозхарев Б.И,, Петров Ю. Структурное »»дслврсванке процессов * уяравляакьзс дугогасяфгх реакторах.// ^локтро!:ехаш'.ка - ,Ш0 - .V- I - С. 63-Ьь. .

3. Петров М.И., Степанов И.Н..Особенности автоматического регулирования тока компенсации. во врео существования .затекания на земля //Тр. кн-гТа/Чулаз .ун-т. - 1330 - С. 02-65.

4. АС 1-УЗ-У.';\>'Л2 1102 ¡1 Э/0£.- Устройство для определения опака расстрсПк« компенсации тока заккканяя на земля./. И.Н.Сгэлаюв, У.Л.Иат.э».' - ¿яудл. в ЕЛ, 1930, 2.

МЭИ. Кцкч.«»?»«»^, М. ' ......