Електротехнически новини - 2 (44) - ДЪГОЗАГАСЯЩИ РЕАКТОРИ 6-35 kV Нов метод за определяне на параметри

ДЪГОГАСИТЕЛНИ РЕАКТОРИ 6-35 kV
Нов метод за определяне на мрежови параметри

Gernot Druml, A-eberle GmbH, Нюрнберг, Германия
Олаф Зайферт, Технологичен университет, Дрезден, Германия

Създаването на реактор за потискане на дъгата (DGR) е превантивна операция, която винаги се извършва в мрежата при липса на еднофазна земна повреда (OZZ). Съществуващите методи за настройка на реактори за потискане на дъгата не позволяват определяне на параметрите на мрежата при наличие на SPF в нея. Местоположението на SPC и контактното съпротивление на мястото на повредата са неизвестни и е невъзможно да бъдат измерени. В случай на метално късо съединение, естественото напрежение на дисбаланса на неутралата и токът директно в мястото на повредата също не могат да бъдат измерени. Токът с нулева последователност може да бъде измерен само върху шините на подстанцията или разпределителната точка.
В миналото са разработени различни алгоритми за управление за 6–35 kV GDR. Повечето от тях се основават на необходимостта от преместване на буталото (пренастройка) на GDR. Развитието на съвременните разпределителни мрежи се характеризира, от една страна, с увеличаване на дела на кабелните линии със симетрични параметри, което определя ниско напрежение на естествения дисбаланс, от друга страна, с увеличаване на влиянието на товарните токове върху напрежението на неутралата.
Ниското неутрално напрежение изисква висока чувствителност на реакторния регулатор. Поради влиянието на токовете на натоварване, напрежението в неутралата може да се променя при всяка промяна на товара, причинявайки началото на настройката на реактора, което само по себе си в повечето алгоритми е свързано с физическото движение на буталото.
По този начин наличието на смущения в напрежението на неутралата значително усложнява определянето на мрежовите параметри, причинява изместване на буталото на реактора и понякога дори води до неправилна настройка. Електрическото задвижване на буталния реактор е проектирано за малък брой движения на ден. Честите стартове и дългите цикли на настройка водят до по-бързото му износване.
Предвид всичко изброено по-горе беше необходимо да се намери метод за определяне на параметрите на нулевата последователност на мрежата за правилната настройка на GDR в условия на естествен дисбаланс с ниско напрежение, наличие на смущения и необходимия малък брой задвижвания започва.

Нарушения на регулирането

Използвайки опростена еквивалентна схема на резонансно заземена мрежа [1], показана на фиг. 1 е доста лесно да се намери резонансната точка на мрежата дори при условие на ниско напрежение на естествен дисбаланс.
Проблемът с определянето на резонансната точка обаче е значително усложнен от наличието на смущения в неутралното напрежение.
В резултат на това за контролера е трудно да прави разлика между реална резонансна точка и въображаеми точки, причинени от смущения (за повече подробности вижте [1]).

Съществуващи алгоритми за управление

Понастоящем се използват следните алгоритми за конфигуриране на реактори за потискане на дъгата 6-35 kV (относителната промяна в неутралното напрежение се използва като критерий за откриване на комутационната операция в мрежата):

Намиране на максималното напрежение на неутралата |UNE |

В съответствие с този алгоритъм се извършва търсенето на максималното напрежение на неутралата. Подобрените версии на такъв алгоритъм допълнително определят мрежовите параметри (активна проводимост към земята), използвайки метода [1]. Алтернативните алгоритми използват метода на най-малките квадрати за оценка на мрежовите параметри, използвайки част от резонансната крива.

Основан на измерване метод на най-малките квадрати | 1 /UNE |

По-малка чувствителност към смущения може да се постигне с помощта на алгоритъм с обърната резонансна крива [1].

Метод на кръг

Този метод се основава на факта, че кръг може да бъде нарисуван от три точки. В този случай третата точка на окръжността е началото на координатите на комплексната равнина. Малка детонизация, необходима за изпълнението на такъв алгоритъм, се постига чрез свързване на кондензатора паралелно с GDR. Чрез измерване на амплитудата и ъгъла на напрежението при неутралата можете да изградите кръг в три точки и да определите резонансната настройка от него.

Инжектиране на 50 Hz ток в неутралната част на мрежата

Този алгоритъм се основава на инжектирането на 50 Hz ток в неутралната част на мрежата. Ефектът от естествения дисбаланс може да бъде частично компенсиран чрез използване на диференциални измервания при две позиции на времева разлика. Параметрите на мрежата могат да бъдат определени с помощта на информацията за положението на GDR и уравнението:

НОВ АЛГОРИТЪМ ЗА КОНТРОЛ

Всички съществуващи алгоритми се основават на факта, че неутралното напрежение възниква поради естествен дисбаланс (дисбаланс на мрежовите параметри към земята) или поради инжектиране на 50 Hz ток в неутралата. Те приемат, че по време на периода на изчисление (от няколко секунди до няколко минути), няма промяна на натоварването или дисбаланс в мрежата, причинени от това. В действителност тези предположения често не се спазват. Пример за това са мрежите на металургичните заводи с рязко променлив товар.

дъгозагасящи

Новият CIF алгоритъм (Управление чрез инжектиране на честоти) е нечувствителен към промени в натоварването поради използването на честоти, различни от 50 Hz за измерване и оценка на мрежовите параметри. Опростена еквивалентна схема за трифазна мрежа с устройство за впръскване на ток в неутралата е показана на фиг. 2. За честоти, които не са равни на 50 Hz, тази схема се преобразува във формата на фиг. 3. За честотата fn, проводимостта на клемите на източника на инжекционен ток се определя като:

За симетрични мрежи с малка стойност Y.U формулата (2) може да бъде пренаписана като:

Използвайки две различни честоти f1 и f2, може да се получи система от две сложни уравнения в три променливи. Системни решения:

реактори

Методът на инжектиране на две честоти прави възможно измерването на мрежовите параметри за време от около 0,24 s, в зависимост от използваните честоти и алгоритмите за филтриране.

Основните предимства на новия CIF алгоритъм:

  • скорост на измерване;
  • работоспособност в силно симетрични мрежи;
  • способността да се определи общата индуктивност на GDR, свързана към мрежата;
  • нечувствителност към грешка при измерване на напрежението на неутралата с помощта на VT намотки, свързани в триъгълник;
  • нечувствителен към смущения поради промяна на натоварването.

В зависимост от резонансната крива и естеството на работата на мрежата има допълнителни изисквания за настоящото инжекционно устройство:

  • инжектираният ток трябва да е с променлива амплитуда, за да се адаптира към загубите в различни състояния на мрежата (в малките мрежи загубите са малки и инжектираният ток не трябва да надвишава прага на чувствителност на защита от земна повреда; в същото време, ако са големи отстройки възможно в мрежата, малкият инжектиран ток няма да създаде надеждно измеримо напрежение UNE_fn);
  • инжектираният ток не трябва да съдържа 50 Hz компонент;
  • с помощта на впръскване на ток с променливи честоти е възможно да се изберат честоти, така че те да са близо до резонансната честота на мрежата, докато малък инжектиран ток ще създаде напрежение на неутралата, достатъчно за измерване на стойността.

От гледна точка на продължителността на настоящото инжекционно устройство са възможни два различни подхода. Първият е, че впръскването на ток се задейства за кратко от относителна промяна в неутралното напрежение. Вторият подход предполага постоянна работа на настоящото инжекционно устройство и се използва в мрежи с висока симетрия. Възможна е и комбинация от тези два подхода, при които инжектирането на ток се задейства на равни интервали (например на всеки 10 минути) за оценка на мрежовите параметри.
На фиг. 4 показва схемата за включване на устройството за впръскване на ток във вторичната силова намотка на GDR.
За по-точно изчисляване на мрежовите параметри с впръскване на ток в неутралата е необходимо да се използва по-точна мрежова еквивалентна схема (фиг. 5).

Използване на инжектиране на честоти, различни от 50 Hz и еквивалентната схема на фиг. 5, следните мрежови параметри могат да бъдат определени съвсем точно:

  • капацитет на мрежата към земята BC;
  • GDR индуктивност на други подстанции, включени в мрежата, BFix2;
  • индуктивност на GDR, свързана паралелно с текущия инжекционен реактор, BFix1;
  • нулевото съпротивление на последователността на неутралния терминален трансформатор Z0Tr, към който е свързан реакторът за впръскване на ток;
  • текущо отместване на компенсационния ток;
  • активно съпротивление на шунтиращите резистори в мрежата.

електротехнически

ТЪРСЕНЕ ЗА ЕДНОФАЗНИ НЕДОСТАТЪЦИ

Концепцията за оценка на мрежовите параметри с помощта на двучестотно инжектиране може да се приложи към всеки отделен фидер на мрежата. След това инжектираният ток се измерва при всяка връзка с помощта на токов трансформатор с нулева последователност (фиг. 6). Тъй като 50 Hz шум не влияе на измерванията на други честоти, измереното напрежение U0 Г. (напрежение с нулева последователност на шините на подстанцията) може да се използва за оценка на параметрите на всяко захранващо устройство.
Този алгоритъм беше наречен алгоритъм DIF (Откриване чрез инжектиране на честоти) за намиране на еднофазни повреди.
Използвайки инжектирането на две честоти, е възможно да се определи капацитетът на BCx подаващото устройство, активното съпротивление на изолацията YWx и индуктивността на GDR BLx на този подаващ механизъм (ако е инсталиран). Чрез използване на допълнително 50 Hz напрежение на естествения дисбаланс на неутралата може да се определи естественият дисбаланс на параметрите на мрежата. Въз основа на измерените стойности и предишното измерване е възможно да се открие появата на еднофазна повреда на подаващото устройство, включително чрез значително съпротивление на контакта.
Предимството на разглеждания алгоритъм за намиране на еднофазни неизправности е, че всички измервания се извършват едновременно. Проблемът с проследяването на мрежовите комутатори е премахнат.

реактори

ВИДОВЕ ТЕКУЩИ ИНЖЕКЦИОННИ УСТРОЙСТВА

Въведете едно

Най-простото изпълнение на устройство за впръскване на ток е да се използва стандартен честотен преобразувател като източник на ток, както е показано на фиг. 7.
Корекцията на фактора на мощността се използва за намаляване на въздействието върху мрежата от 400 V. Индуктивност L1 или паралелна верига L1 // L2 се използва за преобразуване на пулсационното напрежение в ток. Стойността L1 // L2 определя максималния инжектиран ток. Вторичната мощностна намотка на GDR обикновено се извършва при напрежение 500 V, поради което за свързване на настоящото инжекционно устройство трябва да се използва еднофазен трансформатор. При използване на устройството съгласно фиг. 7, могат лесно да се получат два инжекционни тока с индивидуална амплитуда, честота и фаза. Внедряването на такова устройство обаче е доста скъпо решение.

Тип две

Ако изхождаме от липсата на изискване за промяна на честотите на инжектираните токове, тогава може да се предложи по-евтино решение на базата на тиристори с инжектиране на три честоти (фиг. 8). На фиг. 9 показва проба от инжектирания от устройството ток (Фиг. 8).

Тип три

Основният недостатък на втория тип устройства е, че основният честотен компонент на спектъра е 50 Hz. Този недостатък може да бъде отстранен в случай на тиристорен преобразувател, където е възможно да се обърне посоката на тока по време на предишната пауза (фиг. 10). На фиг. 11 показва проба от инжектирания от устройството ток. Съответният честотен спектър на тока е показан на фиг. 12. Както се вижда, в инжектирания ток няма компонент с честота 50 Hz. Двете най-значими честоти на инжектирания токов спектър са 41,67 и 58,33 Hz. Амплитудите на тези компоненти от страната на високо напрежение са 0,69 и 0,59 А. Токовете с такава величина не причиняват сериозни хармонични смущения в мрежата и при сегашното ниво на развитие на цифровите технологии е възможно да се изчислят мрежовите параметри използвайки алгоритъма, описан по-горе. В допълнение, малката стойност на инжектираните токове не създава значително увеличение на еднофазния ток на повреда в мястото на повредата. Тоест, ако процесът на измерване на мрежовите параметри съвпадна с възникването на земна повреда, обемът на разрушаване на изолацията в мястото на разрушаване поради впръскване на ток няма да се увеличи.

РЕЗУЛТАТИ ОТ ТЕСТА В УСЛОВИЯТА НА ЕКСПЛОАТАЦИЯ

Предложеният алгоритъм за инжектиране на две честоти и търсене на еднофазни неизправности се използва за управление на реакторите за потискане на дъгата ZTC в реална 20 kV мрежа на италианската компания ENEL. На негова основа е внедрена система за автоматично управление на изграждането на два реактора за потискане на дъгата и наблюдение на изолацията на 40 линии, излизащи от автобусите на подстанцията. Устройствата за впръскване на ток бяха поставени в шкафовете за управление на задвижването на реакторите за потискане на дъгата (директно върху реакторите). Базираната на алгоритъм система успешно открива еднофазни неизправности, изкуствено създадени в различни точки на мрежата чрез преходни съпротивления до 20 kOhm. Полевите тестове и практическата експлоатация показаха ефективността на новия алгоритъм за управление на реактори за потискане на дъгата и откриване на неизправности чрез значително съпротивление в точката на повреда.

ЛИТЕРАТУРА

1. Druml G., Kugi A., Parr B. Реактори за потискане на дъгата 6–35 kV. Подобряване на точността на настройка // Новини от електротехниката. - 2007. - No 1 (43). - С. 48–51.