На подстанциях и в ГРУ ТЭЦ встречаются схемы, в которых ДГР подключены к разным секциям, работающим как раздельно, так и параллельно. На рис. 5 показан случай, когда подстанция содержит две секции, связанные между собой секционным выключателем. Компенсация емкостного тока на каждой секции производится с помощью двух ДГР.
Из рис. 5 следует, что в такой схеме заземляемые выводы ДГР, подключенных к разным секциям, объединяются между собой и подключаются к земле через один ИКТ. Измеритель расстройки компенсации устанавливается на каждую секцию. Схема подключения ИРК-5А такая же, как на рис. 3.
При раздельной работе секций 1 и 2 каждый измеритель показывает расстройку компенсации на своей секции. При объединении секций секционным выключателем ВС показания обоих измерителей будут одинаковыми и соответствующими расстройке компенсации в общей сети, значение которой определяется соотношением суммарной емкости секций С1 + С2 и эквивалентной индуктивности всех ДГР.
На рис. 6 показана блок-схема ИРК-5А, включающая канал измерения расстройки компенсации (канал v) и канал измерения наложенного тока 25 Гц (канал 125).
Рис. 5. Схема подключения ИРК-5А при подключении ДГР к разным секциям
Рассмотрение начнем с канала v. Этот канал включает: разделительный трансформатор Тр1; фазоповоротную схему ФС1, собранную на обмотках W4, W5 и R2, R3, C1; частотно-избирательные усилители У1, У2, У3; фазоповоротную схему ФС2; фазочувствительный выпрямитель ФВ; выпрямитель В1; делитель сигналов ДС; измерительный прибор СИП1, шкала которого проградуирована в процентах расстройки компенсации; блок задания базы БЗБ; блок сигнализации БС1; блокирующий узел БУ; блок тестовой проверки БТП; переключатели П1 и П2.
Частотно-избирательные усилители осуществляют выделение и усиление сигнала с частотой 25 Гц. Эти усилители содержат двойной Т-образный мост, который обеспечивает эффективное подавление составляющей 50 Гц, и активные полосовые фильтры, настроенные на частоту 25 Гц.
Из уравнения (8) следует, что для измерения v прежде всего необходимо сформировать сигнал UL - U/3. Этот сигнал формируется на входе У2, напряжение на котором представляет собой разность между UL и суммарным напряжением на соответствующих плечах R1 и R3. Резисторы R1, R3 должны быть отрегулированы так, чтобы амплитуда их суммарного напряжения была равна U/3, а фаза была равна фазе U. Это делается следующим образом. На входы U и UL подаются напряжения с частотой 25 Гц, имеющие одинаковую фазу, при этом напряжение на входе UL составляет 1/3 напряжения на входе U. Указанному соотношению UL и U, как следует из уравнения (8), соответствует V = 0, поэтому R1 и R3 подбираются таким образом, чтобы напряжение на входе У2 было равно 0.
Рис. 6. Блок-схема ИРК-5А
Резистором R1 регулируется амплитуда, а резистором R3 - фаза суммарного напряжения на R1 и R3. Необходимость регулировки фазы обусловлена тем, что напряжение на R1 несколько сдвинуто по фазе относительно U трансформатором Тр1.
Операция сравнения UL и U/3 делается на входе измерителя с использованием минимального числа элементов, так как это обеспечивает большую точность по сравнению с тем, если бы сравнивались сигналы на выходах частотно-избирательных усилителей У2 и У3, дающих дополнительную погрешность.
Следующим этапом при выполнении операции на переменном токе является определение знака разности сигналов. Очевидно, что в зависимости от соотношения напряжений UL и U/3 фаза сигнала UL - U/3 изменяется на 180°, что может быть зафиксировано с помощью фазочувствительной схемы. В качестве таковой используется типовой фазочувствительный выпрямитель ФВ, собранный на операционном усилителе. На его нижний вход подается напряжение с выхода У2, пропорциональное UL - U/3. На верхний вход подаются импульсы управления, сформированные блоками У1 и ФС2 из напряжения на обмотке W2, пропорционального U. Необходимость в частотно-избирательном усилителе У1 обусловлена несинусоидальностью U, в то время как для формирования импульсов управления требуется синусоидальный сигнал 25 Гц. С помощью фазоповоротной схемы ФС2 обеспечивается синфазность импульсов управления по отношению к сигналу UL - U/3, что является обязательным условием работы ФВ.
Заключительной операцией формирования сигнала Uv, пропорционального v, является операция деления сигнала UL - U/3 на UL, осуществляемая делителем сигналов ДС, в качестве которого используется интегральная микросхема К525ПС3. Напряжение UL перед подачей на вход ДС с помощью УЗ очищается от гармоник с частотой, отличной от 25 Гц, и с помощью выпрямителя В1 выпрямляется.
В блоке задания базы из напряжения Uv вычитается калиброванное напряжение U, численное значение которого равно напряжению Uv, соответствующему расстройке vбаз. Значение vбаз задается переключателем БАЗА (рис. 7), который имеет пять положений. Выбор рабочего значения νбаз для конкретной сети описан далее. Напряжение на выходе БЗБ U∆v пропорционально Δν = v - Vбаз, которая представляет собой отклонение текущего значения v от принятого значения vбаз.
Блок БС1 включает два компаратора, один из которых реагирует на отрицательные, а другой на положительные значения U. Уставки компараторов задаются с помощью двух переключателей, обозначенных НЕДОК и ПЕРЕК (рис. 7), посредством которых задаются значения Δvср.
Под Δvср подразумевается отклонение v от базового значения, при превышении которого происходит срабатывание БС1. Если текущее значение v отклонилось от Vбаз в сторону недокомпенсации и отклонение Δν > Δvср, то выдается сигнал НЕДОК в виде загорания соответствующего светодиода на лицевой панели и замыкания контакта Р1. И наоборот, при чрезмерном отклонении ν в противоположную сторону выдается световой и контактный сигнал ПЕРЕК. Благодаря рассмотренной комбинации БЗБ и БС1 обеспечивается возможность автоматической настройки ДГР на любое заданное значение νбаз.
На рис. 6 показана схема соединения контактов реле Р1 и Р2, входящих в состав БС, и реле Р3, входящего в состав БУ. Если сеть оборудована ДГР с плавным регулированием индуктивности, то клеммы 1, 2 и 3, 4 заводятся на управление приводом ДГР. При этом замыкание контакта Р1 обеспечивает вращение привода в сторону увеличения тока ДГР, а замыкание контакта Р2 - в сторону уменьшения тока ДГР. Тумблер Тб позволяет перейти от автоматического управления ДГР к ручному, осуществляемому с помощью кнопок Кн1 и Кн2, обозначенных на рис. 7 НЕДОК и ПЕРЕК соответственно. Если сеть оборудована ДГР со ступенчатым регулированием индуктивности, то клеммы 1, 2 и 3, 4 заводятся на внешние световые табло НЕДОКОМПЕНСАЦИЯ и ПЕРЕКОМПЕНСАЦИЯ соответственно.
Блок тестовой проверки БТП предназначен для тестовой проверки ИРК-5А. С его помощью проверяется как канал ν, так и канал I25. Оба канала проверяются без вывода ИРК-5А из работы, что существенно упрощает его эксплуатацию.
Тестирование канала ν осуществляется с помощью переключателя П1 РЕЖИМ (рис. 6, 7). Если он находится в положении РАБОТА, то вход УЗ подключен к клемме UL. При переводе в положение ТЕСТ на вход измерителя подаются тестовые сигналы от БТП. В БТП сформированы четыре тестовых сигнала для канала ν и один тестовый сигнал для канала I25. На рис. 6 с целью упрощения показан один тестовый сигнал для канала ν. Как следует из рис. 7, в режиме ТЕСТ формируются три калиброванных сигнала, соответствующих ν = 0%, ν = 20%, ν = -20%, и один изменяющийся сигнал ИЗМ, регулировка которого делается с помощью подстроечного резистора, входящего в БТП. Калиброванные сигналы необходимы для проверки измерительной части, которая формирует сигнал Uv. Изменяющийся сигнал нужен для настройки и проверок уставок БЗБ и БС1. Тестовые сигналы создаются из опорного напряжения U.
Рис. 7. Лицевая панель ИРК-5А
Блокирующий узел БУ предназначен для блокировки ИРК-5А при замыкании на землю. БУ срабатывает, когда UL увеличивается до 35 В. При срабатывании БУ обнуляется выход ДС, на лицевой панели ИРК-5А загорается светодиод ИРК ЗАБЛОК и размыкаются контакты РЗ-1 и РЗ-2, что исключает возможность запуска привода ДГР. БУ выполнен таким образом, что он надежно срабатывает не только при устойчивых замыканиях на землю, но и при замыканиях через перемежающуюся дугу.
Канал I25 предназначен для непрерывного контроля наложенного тока 25 Гц. Под наложенным током понимается ток, выдаваемый ИКТ при замыкании на землю, когда емкость С на рис. 4 шунтируется местом замыкания. В этом режиме I25 равен
(9)
Из уравнения (9) следует, что при изменении индуктивности дугогасящего реактора L ток I25 меняется. Поэтому появляется необходимость измерения I25 в сетях, которые кроме ИРК-5А оборудованы защитами от замыканий на землю, реагирующими на ток 25 Гц. Верхний предел Imax ограничен мощностью ИКТ и составляет 1,0, 0,59, 0,17 А в сетях 6, 10, 35 кВ соответственно. Нижний предел I^ определяется необходимостью обеспечения достаточного коэффициента чувствительности защит.
Алгоритм формирования сигнала I25 получим с помощью схемы на рис. 4. Из этой схемы вначале найдем, что ток 25 Гц, выдаваемый ИКТ в нормальном режиме.
(10)
Согласно уравнению (9)' и согласно
уравнению (4)
Сделав указанные замены и решив полученное выражение относительно I25, получим необходимый алгоритм
(11)
Для реализации этого алгоритма требуется сформировать два сигнала: сигнал, пропорциональный I(UI), и сигнал, пропорциональный 4v - 3(U4v-3), и далее перемножить эти сигналы.
Блок-схема канала I23 показана на рис. 6. Этот канал включает: разделительный трансформатор Тр2, частотно-избирательный усилитель У4, выпрямитель В2, блок Ф формирования сигнала U4v -3, перемножитель сигналов ПС, измерительный прибор ИП2, шкала которого проградуирована в амперах, блок сигнализации БС2. Формирователь Ф представляет собой вычитатель, собранный на операционном усилителе. Блок сигнализации БС2 собран на базе двухпорогового компаратора. Этот блок выдает сигнал ИЗМЕНИТЬ I23 в случаях, когда I < Imin и когда I >Imax. Сигнал ИЗМЕНИТЬ 125 выдается в виде загорания соответствующего светодиода на лицевой панели ИРК-5А и в виде замыкания контакта Р4, который заводится, как правило, на общую звуковую сигнализацию и на световое табло.
Действия персонала при появлении сигнала ИЗМЕНИТЬ 125 состоят в следующем. С помощью ИП2 определяют, в какую сторону нужно изменять 125. Если необходимо увеличение 125, то переходом на соответствующую отпайку выходной обмотки, расположенную на крышке бака источника контрольного тока, увеличивают наложенное напряжение U так, чтобы сигнал ИЗМЕНИТЬ 125 был снят. Для уменьшения 125 производится уменьшение U.
С точки зрения компенсации емкостного тока наилучшей является v = 0, поэтому при отсутствии дополнительных требований переключатель БАЗА ставится в положение 0%. ПТЭ запрещают работу с недокомпенсацией, поэтому, чтобы исключить таковую, переключатель НЕДОК нужно поставить в положение 0%. Положение переключателя ПЕРЕК задает в этом случае полный диапазон возможного изменения v. Выбор положения этого переключателя осуществляется с учетом динамических свойств привода ДГР. В большинстве случаев принимается уставка 3%. Указанному положению всех трех переключателей соответствует то, что в сети будет поддерживаться v от 0 до 3% в сторону перекомпенсации.
В сетях 6 кВ, от которых питаются высоковольтные электродвигатели, типичной является ситуация, когда двигатели оснащены земляными защитами с током срабатывания на частоте 50 Гц 5 А и более. В таких случаях при v = 0 ток замыкания на землю может быть недостаточен для срабатывания защит. Поэтому в нарушение ПТЭ персонал стремится эксплуатировать сеть с перекомпенсацией, при которой ток замыкания достаточен для срабатывания защит. С помощью ИРК-5А может успешно решаться задача поддержания в сети минимальной перекомпенсации, при которой обеспечивается работоспособность земляных защит.
Рассмотрим конкретную сеть с емкостным током 88 А, от которой питаются двигатели, оборудованные земляными защитами с током срабатывания 5 А.
Приняв коэффициент чувствительности защит Кч = 1,4, получим необходимый для работы защит минимальный ток однофазного замыкания Iз = IдгР - Iс = 7 А. По уравнению (2) найдем, что перекомпенсация, обеспечивающая такой ток, составляет v = -8%. Установив переключатель БАЗА в положение -8%, переключатель НЕДОК в положение 0% и переключатель ПЕРЕК в положение 3%, получим, что автоматика будет поддерживать v в диапазоне от -8 до -11%, которому соответствует Iз = 7 -:- 9,7 А.
В сетях, оборудованных ДГР со ступенчатым регулированием индуктивности, выбор положения переключателя БАЗА делается из тех же соображений, что и в сетях с ДГР с плавным регулированием индуктивности. Переключатели НЕДОК и ПЕРЕК в случае ДГР со ступенчатым регулированием индуктивности задают допустимую зону изменения v, при выходе из которой выдаются сигналы.
Вывод
Метод наложения контрольного тока с частотой 25 Гц позволяет успешно решать проблему измерения расстройки компенсации в сетях с ДГР со ступенчатым и плавным регулированием индуктивности. В последнем случае этот метод позволяет делать автоматическую настройку ДГР как в резонанс, так и на любое заданное значение расстройки компенсации.
Список литературы
- РД 34.20.501.-95. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации.
- Головко С. И., Вайнштейн Р. А., Юдин С. М Селективная сигнализация однофазных замыканий и измерение расстройки компенсации в сетях 30, 35 кВ. - Электрические станции, 2000, № 7.
- Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях 6 - 10 кВ / Вайнштейн Р. А., Головко С. И., Юдин С. М. и др. - Электрические станции, 1998, № 7.
- Вайнштейн Р. А., Шмойлов А. В. Источник контрольного тока для защиты от замыканий на землю сетей с компенсированной нейтралью. — Изв. Томского политехнического института, 1967, т. 172.
