Работа автоматического регулятора напряжения с токовой компенсацией

Обновлено: 15.05.2024

Цель работы: 1. Изучить схему автоматического регулятора напряжения трансформаторов (АРНТ).

2. Определить изменения напряжения на шинах потребителя при отсутствии и наличии токовой компенсации.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Рис. 3. Структурная схема АРНТ:

1 - сумматор; 2 - датчик тока; 3 - элемент формирования; 4, 5 - элементы времени; 6,7 - элементы запрета; 8, 9 - исполнительные элементы; 10 - ГТИ;

Без токовой компенсации, когда Q1 разомкнут, Q2 замкнут, Q3 разомкнут, АРНТ поддерживает постоянное напряжение в месте установки, т.е. на шинах питающей подстанции. Напряжение на шинах потребителя U_потр. отличается от напряжения на шинах низшего напряжения питающей подстанции U_п на величину падения напряжения в линии и будет изменяться при изменении тока нагрузки I_н, т.е.

(9)

где Z_л – сопротивление линии.

АРНТ в блоке 3 сравнивает текущее (U_п) и заданное значение (U_п.з.) напряжения питающей подстанции, определяет величину отклонения, которое в зависимости от знака проходит к исполнению на канал “Убавить” или “Прибавить”. Регулятор будет поддерживать постоянным напряжение на шинах питающей подстанции. Однако, как следует из (9), чем больше ток нагрузки (I_н), проходящий по линии, тем ниже окажется напряжение у потребителей. Характеристика АРНТ без токовой компенсации на рис.4.

Рис. 4. Характеристика АРНТ без токовой компенсации

При токовой компенсации (Q1 замкнут, Q2 разомкнут, Q3 замкнут), входное напряжение U_псуммируется с напряжением U_т.к. (осуществляется токовая компенсация). Благодаря токовой компенсации обеспечивается “встречное регулирование”, необходимое для поддержания напряжения на шинах у потребителя. К нагрузке будет подаваться напряжение:

(10)

где K_U - коэффициент трансформации напряжения.

Следовательно, на шинах у потребителя напряжение будет поддерживаться постоянным. При этом напряжение на шинах питающей подстанции будет изменяться в зависимости от тока нагрузки, как показано на рис.5.

Рис. 5. Характеристика АРНТ с токовой компенсацией.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Элемент 3 (рис.3) обеспечивает: преобразование сигналов, поступающих от сумматора, формирование зоны нечувствительности, изменение уставки АРНТ и выдачу сигналов на элементы времени 4 и 5. Уставка регулятора по напряжению регулируется ступенями от 85 до 110 % номинального напряжения (“грубо” через 5 % и “точно” через 1%). Уставки регулятора по зоне нечувствительности (для предотвращения срабатывания регулятора при небольших колебаниях напряжения) регулируются ступенями через 0,5 % от 0 до 4 % номинального напряжения.

С помощью элементов 4 и 5 создается задержка времени на срабатывание (пределы регулировки 60-180с) и осуществляется задержка сброса накопленного времени для отстройки от кратковременных бросков контролируемого напряжения. Действие АРНТ прекращается элементами запрета 6 и 7 при окончании работы потребителей, а также неисправностях потребителей и элементов схемы регулятора по сигналам от БУК.

При изменении режима работы нагрузки (электропривода) через элемент 3 БУК дает сигнал на отключение исполнительного элемента и одновременно дает команду на изменение периода следования тактовых импульсов ГТИ. При стабилизации работы нагрузки БУК восстанавливает исходный период следования импульсов ГТИ.

ГТИ в схеме АРНТ выдает импульсы с определенной частотой, обеспечивая работу отдельных элементов схемы и задавая масштаб времени для оценки правильности последовательности и длительности действия разных элементов устройства.

При снижении напряжения ниже границы зоны нечувствительности элемент времени 5 запускается и срабатывает с установленной выдержкой времени, выдавая сигнал на исполнительный элемент. Аналогична работа АРНТ при повышении напряжения через элемент времени 4.

ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Ознакомиться со схемой исследований на панели рис.6.

Рис. 6. Панель исследования АРНТ

2. Вывести нагрузочный реостат R2 полностью, а затем замкнуть Q2. Переместить нагрузочный реостат R2. Установить U_пз = 400 В.

3. Измерить с помощью вольтметров PV1 , PV2, PV3 напряжения U_пт, U_потр.т и отклонение напряжения U_пз-U_пт для различных положений нагрузочного реостата R2, а по амперметру РА1 ток нагрузки I_н для уставки регулятора по напряжению 1%, а по зоне нечувствительности 1%. Появление напряжения по каналам “Убавить” или “Прибавить” контролировать соответственно по вольтметрам РV4 и РV5.

Результаты наблюдений свести в таблицу 10.

Таблица 10.

UПОТРт

IH

UПт

UПз-UПт

4. Повторить измерения п.3 для установки регулятора по напряжению 5 % и по зоне нечувствительности 1 %.

Результаты наблюдений свести в таблицу аналогичную таблице 10.

5. Вывести нагрузочный реостат R2 полностью, разомкнуть Q2 и, установить U_ПОТРз=380В., а затем замкнуть Q1, Q3. Переместить нагрузочный реостат R2.

6. Измерить с помощью вольтметров РV1, РV2 и РV3 напряжения U_Пт, U_ПОТРт и отклонение напряжения U_ПОТРз - U_ПОТРт для различных положений нагрузочного реостата R2, а по амперметру РА1 ток нагрузки I_ндля установки регулятора по напряжению 1%, по зоне нечувствительности 1 %.

Результаты наблюдений свести в таблицу № 11.

Таблица 11

UПОТРт

IH

UПт

UПОТРз-UПОТРт

7. Повторить измерения п.6 для установки регулятора по напряжению 5 % и по зоне нечувствительности 1 %.

ДУГОГАСЯЩИЕ РЕАКТОРЫ В СЕТЯХ 6-35 кВ
Автоматическая компенсация емкостного тока

Следует отметить, что многие алгоритмы и принципы автоматического управления дугогасящими реакторами (ДГР) были разработаны еще в 60–80-е годы прошлого столетия [например, 1, 2]. Даже современные принципы регулирования [3] нельзя назвать принципиально новыми. Скорее можно сказать, что в новые микроконтроллерные регуляторы были перенесены старые алгоритмы.
В настоящее время в электрических сетях 6–35 кВ применяются автоматические регуляторы компенсации емкостного тока замыкания на землю, которые используют различные принципы настройки. Все применяемые принципы настройки можно сгруппировать по следующим категориям:
1) использование фазовых характеристик контура нулевой последовательности сети;
2) использование амплитудных характеристик контура нулевой последовательности сети;
3) использование напряжения непромышленной частоты;
4) использование частоты свободных колебаний на нейтрали сети.
Принципы регулирования с применением ШИМ-модуляции, примененные в некоторых моделях дугогасящих реакторов с подмагничиванием, в данном обзоре не рассматриваются по причине их слабой проработки.
Обобщение опыта эксплуатации автоматических регуляторов настройки компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6–35 кВ России [4] показало, что для каждого принципа регулирования и соответствующих автоматических регуляторов характерны свои достоинства и недостатки. Наибольшее распространение как в России, так и в странах СНГ получили фазовые и амплитудные алгоритмы настройки в резонанс с созданием искусственного смещения нейтрали в сети 6–35 кВ. В настоящее время около 90% применяемых в России автоматических регуляторов настройки компенсации емкостного тока используют искусственное смещение нейтрали.

ФАЗОВЫЙ ПРИНЦИП РЕГУЛИРОВАНИЯ

Данный принцип регулирования основан на использовании фазовых характеристик контура нулевой последовательности сети и применяется исключительно в системах с искусственной несимметрией (преимущественно в кабельных сетях). В настоящее время для создания искусственной несимметрии существуют следующие способы:
1. Подключение дополнительного конденсатора к фазе сети (рис. 1а).
2. Изменение числа витков на стороне ВН одной фазы присоединительного трансформатора дугогасящего реактора (рис. 1б).
3. Введение напряжения промышленной частоты (50 Гц) через специальную дополнительную обмотку дугогасящего реактора (рис. 1в).

Способ 1

На рис. 2 показана трехфазная схема замещения сети. Проводимость каждой фазы сети по отношению к земле можно представить как:

где CA, CB, CC – емкости фаз относительно земли;
rA, rB, rC – сопротивления утечки фаз сети на землю;
w – частота напряжения питающей сети.

Выражение для напряжения на нейтрали сети с изолированной нейтралью (ключ К1 разомкнут), называемое напряжением естественной несимметрии Uнс.е, в общем виде (при одинаковых фазных напряжениях UА = UВ = UС = Uф) можно записать:

где Uф – фазное напряжение сети, кВ.

Учитывая, что активные проводимости фаз относительно земли много меньше емкостных составляющих, их влиянием можно пренебречь и считать ra = rb = rc = r.

Тогда формула (1) примет вид:

где u0 – степень несимметрии сети, обусловленная неравенством емкостей фаз;

dс = 3/wCSr – коэффициент успокоения сети с изолированной ней- тралью, обусловленный соотношением между активной и емкостной проводимостями сети;

CS = CA + CB + CС – суммарная емкость сети.

В кабельных сетях емкости фаз относительно земли практически равны, а степень несимметрии близка к нулю. Поэтому для надежной работы автоматики создается искусственная несимметрия путем подключения к одной из фаз сети дополнительного высоковольтного конденсатора. Емкость конденсатора выбирается с таким расчетом, чтобы напряжение создаваемой искусственной несимметрии Uнс.иск на порядок превышало напряжение естественной несимметрии сети Uнс.е (рис. 3).

При этом суммарный вектор напряжения несимметрии будет практически совпадать по направлению с вектором напряжения той фазы сети, к которой подключается конденсатор, т.е. направление вектора суммарного напряжения несимметрии Uнс будет строго определено в треугольнике линейных напряжений.
При подключении ДГР к нейтрали сети (рис. 2, ключ К1 замкнут) формула (1) будет иметь вид:

– суммарная активная проводимость на землю компенсированной сети;

rР – активное сопротивление ДГР.
В общем случае для вектора напряжения смещения нейтрали:

– степень расстройки компенсации;

– коэффициент успокоения компенсированной сети.

Степень расстройки компенсации v может быть также выражена через значения емкостного тока сети и тока компенсации ДГР:

где Iс – емкостная составляющая тока замыкания на землю, А;
Iк – ток компенсации ДГР, А.
Изменение индуктивности ДГР приводит к изменению амплитуды и фазы вектора U0, конец которого описывает окружность (рис. 4).
При резонансной настройке компенсации, когда Iс = Iк и соответственно v = 0:

т.е. угол между Uнс и U0рез. будет равен 90О, и соответственно угол между U0рез. и Uоп (линейное напряжение между фазами, к которым не подключен конденсатор – UВС, рис. 4) будет равен нулю.
Если естественная несимметрия будет соизмерима с искусственной, то угол j между U0рез. и Uоп не будет равен нулю и при настройке фазового регулятора в резонанс будет необходимо делать соответствующие поправки.
Значение емкости дополнительного конденсатора рассчитывается из условия, чтобы степень несимметрии, согласно п. 5.11.11 ПТЭ, не превышала 0,75% фазного напряжения:

При подключении конденсатора емкостью DС к одной из фаз сети и при условии равенства емкостей относительно земли двух других фаз (Ca = C + DC, Cb = Cc = C) напряжение естественной (емкостной) несимметрии может быть выражено согласно (2) как:

Откуда допустимое значение ёмкости дополнительного конденсатора (в мкФ) можно рассчитать исходя из неравенства:

где Iс min – минимальный возможный емкостный ток сети, А;
Uф – фазное напряжение сети, кВ.

Например, при Iс min = 50 А в сети напряжением 10 кВ и для d = 0,05 емкость дополнительного конденсатора должна удовлетворять условию:

Т.е. будет достаточным конденсатор емкостью DС = 0,07 мкФ.
В соответствии с п. 5.11.11 ПТЭ длительно допускается напряжение на нейтрали 0,15 Uф. Т.е. эта норма допустима только для d = 0,05 (см. формулы (5) и (6)):

Поэтому, если в данной сети коэффициент успокоения d будет существенно отличаться от 0,05, то емкость конденсатора необходимо выбирать исходя из реального d.

Способ 2

Способ 3

Недостатки фазовых регуляторов

Обобщение опыта работы фазовых регуляторов, разработанных в 60–80-х годах прошлого столетия, выявило их следующие недостатки:
а) невозможность применения в воздушных и смешанных сетях ввиду существенного влияния напряжения естественной несимметрии сети на точность настройки (см. рис. 3);
б) сложность учета нелинейности вольт-амперных характеристик дугогасящих реакторов (более подробно недостатки фазовых регуляторов в сочетании с ДГР с подмагничиванием были освещены в [5]);
в) устаревшая элементная база;
г) неверные схемотехнические решения:

• фазочувствительные блоки большинства регуляторов основаны на аналоговом принципе выделения угла, что при возникновении значительной расстройки компенсации (>20%) приводит к эффекту ложного срабатывания регуляторов и изменению направления отработки управляющего сигнала;
• у некоторых регуляторов зона срабатывания пороговых нольорганов имеет вид релейной петли, что также приводит к ложным
• срабатываниям регуляторов. У других регуляторов наблюдается пересечение порогов срабатывания и отпускания зон нечувствительности со стороны недо- и перекомпенсации;
• у всех рассмотренных фазовых регуляторов неудобные регулировки зон нечувствительности, отсутствуют блокировки от ложных срабатываний при исчезновении сигнала напряжения смещения нейтрали;
• у большинства регуляторов отсутствует точная подстройка в резонанс для компенсации погрешности, вызванной естественно несимметрией сети, а также возможность раздельной подстройки зон нечувствительности в сторону недо- и перекомпенсации.

Модели фазовых регуляторов

АМПЛИТУДНЫЙ (ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ) ПРИНЦИП РЕГУЛИРОВАНИЯ

Амплитудный (или экстремальный) принцип настройки лишен главного недостатка фазового принципа – привязки к опорному напряжению. Поэтому экстремальный принцип лучше всего подходит для воздушных сетей с изменяющейся по фазе естественной несимметрией. Для нормальной работы в кабельных сетях необходимо, как и для фазового способа, создавать искусственную несимметрию. Принцип работы экстремального регулятора показан на рис. 7.
При первом включении экстремального регулятора направление изменения регулируемого параметра (зазора IК = f(d) для плунжерных реакторов или тока подмагничивания IК = f(IП) для реакторов с подмагничиванием) принимается случайным образом, при этом непрерывно сканируется знак изменения напряжения смещения нейтрали. В случае уменьшения напряжения смещения нейтрали выработка управляющих воздействий прекращается и с заданной выдержкой времени производится реверс управляющих воздействий. Далее определяется степень приращения напряжения смещения нейтрали, а также первая производная напряжения смещения нейтрали в зависимости от управляющего воздействия dU0 / dx. Максимум резонансной кривой напряжения смещения нейтрали будет находиться в точке dU0 / dx = 0.
В случае выбега плунжера ДГР в силу определенной инерционности двигателя дальше за реальную точку максимума, производится небольшой реверс для возвращения в точку резонансной настройки. Для исключения этого выбега за точку резонанса экстремальных регуляторов были разработаны схемы динамического торможения, смысл работы которых заключался в управлении током двигателя в зависимости от первой производной напряжения смещения нейтрали dU0 / dx. Однако его реализация для всего диапазона возможных изменений напряжений смещения нейтрали в условиях эксплуатации оказалась очень сложной, и практически нигде не применялась.

Недостатки экстремальных регуляторов

при больших расстройках компенсации;
в) колебания напряжения естественной несимметрии могут приводить к частым срабатываниям регулятора.

Модели экстремальных регуляторов

В следующем номере журнала автор рассмотрит такие принципы настройки, как использование напряжения непромышленной частоты и использование частоты свободных колебаний на нейтрали сети.

ЛИТЕРАТУРА

9 Сентябрь, 2008 19631 ]]> Печать ]]>

Читайте также:

  
• Какие профессии связаны с заботой о животных и растениях
  
• Как найти удаленную работу на фикбуке
  
• Как выбрать профессию конспект
  
• Какая зарплата у коллекторов
  
• 2 ндфл если в отпуске по уходу за ребенком