Контроль тока в распределительных линиях электропередачи 10 кв

Дистанционный контроль результатов работы пунктов автоматического включения резерва (АВР) в распределительных сетях 10 кВ основан на анализе изменения параметров режима функционирования сети [1,2]. Это, прежде всего, контроль изменения тока в линии 10 кВ, который может выполняться с помощью предложенного ниже устройства. В качестве первичных воспринимающих элементов для данного устройства используются трансформаторы тока (ТТ) релейной защиты или цепей измерения, установленные в ячейке отходящей линии трансформаторной подстанции (ТП). Учитывая, что достаточного опыта функционирования такой системы пока нет, и с целью исключения влияния узлов этой системы на надежность работы релейной защиты подключение следует производить к ТТ цепей измерения, хотя при этом подключаемые к ним дополнительные элементы могут в некоторой степени снизить точность измерения.

ДАТЧИК СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ТОКА

Для регистрации изменения бросков тока короткого замыкания (к.з.) в питающей линии 10 кВ разработан и применен датчик скорости изменения тока (ДСИТ). Конструктивно он состоит из двух блоков, соединенных между собой кабелем связи. Первый из блоков — блок подсоединения датчика (БПД) — предназначен для подсоединения ДСИТ к токовым цепям линии 10 кВ. Второй блок — блок формирования импульсов (БФИ) — служит для формирования импульсов напряжения, которые будут подаваться уже на вход компьютера. По существу БФИ является логической частью ДСИТ, так как он не только формирует импульсы с соответствующими параметрами, но и выполняет некоторые логические функции, такие как распознавание ситуаций увеличения и уменьшения тока в линии электропередачи с определенной скоростью. В соответствии с рис. 1 в цепь измерительных трансформаторов тока своими токовыми цепями подключается датчик скорости изменения тока, собственно БПД. Этот блок укрепляется в непосредственной близости от ТТ в ячейке отходящей линии ТП.

Далее, по линии связи (ЛС), выполненной контрольным кабелем необходимой длины, сигнал об изменении величины тока поступает на вход БФИ. Формирователь импульсов устанавливается в помещении подстанции в непосредственной близости от персонального компьютера (ПК) или в корпусе самого компьютера. Формирователь предназначен для преобразования скорости изменения тока, то есть сигналов, поступающих по линии связи об этих изменениях, в соответствующие импульсы, которые может воспринимать компьютер для осуществления их дальнейшего анализа. Связь БФИ с компьютером осуществляется через LPT-порт. Информация о появлении в линии той или иной контролируемой ситуации после соответствующей программной обработки [3, 4] отображается на экране компьютера. При этом компьютер запоминает всю поступающую информацию за установленный обслуживающим персоналом период времени. При необходимости оператор может вывести на дисплей любую затребованную информацию.

БЛОК ПРИСОЕДИНЕНИЯ ДАТЧИКА

Блок присоединения датчика (рис. 2) подключается к измерительным трансформаторам тока. В состав БПД входят трансформаторы Т1, Т2 и нагрузочные сопротивления R1*, R2*. В качестве трансформаторовТ1 и Т2 могут быть использованы трансформаторы, установленные в реле РП-341. Первичные обмотки трансформаторов Т1 и Т2 представляют собой токовые обмотки, включаемые последовательно с измерительными трансформаторами тока, соответственно, фазы А и фазы С. При этом трансформаторы тока могут соединяться как в неполную звезду, так и на разность токов двух фаз. Следует иметь в виду, что при подключении токовых обмоток трансформаторов Т1 и Т2 к измерительным трансформаторам тока нельзя допускать разрыва их токовых цепей. Для этого должны использоваться перемычки для выводов 1, 2 и 3, 4 (на схеме не показаны). напряжение со вторичных обмоток трансформаторов Т1 и Т2 поступает на входы двухполупериодных выпрямителей VD1-VD4 и VD5-VD8. напряжение на выходах трансформаторов Т1 и Т2, а, соответственно, и величина выпрямленного напряжения на выходе выпрямителей VD1-VD4 и VD5-VD8 пропорциональны току, протекающему по токовым обмоткам трансформаторов. Следовательно, при изменении тока в контролируемой линии будет пропорционально изменяться и напряжение на выходе выпрямителей. Нагрузочные сопротивления R1* и R2* влияют на вольт-амперные характеристики трансформаторов Т1 и Т2 и подбираются соответствующей величины для получения необходимой чувствительности ДСИТ.

Выпрямители VD1-VD4 и VD5-VD8 соединены между собой по схеме ИЛИ, что позволяет получить увеличенное напряжение на их выходах при к.з. между любыми фазами, а, соответственно, и при увеличении тока в токовой обмотке Т1 или Т2. Так (в соответствии с рис. 3, а), в нормальном режиме с выхода выпрямителей снимается напряжение с частотой 100 Гц и с практически неизменной амплитудой i1. При к.з. между любыми фазами, предположим в момент времени t1, возрастает ток в токовых обмотках трансформаторов Т1 или Т2. Соответственно увеличивается и напряжение на выходе выпрямителей, достигая, например, амплитуды i2. Далее выпрямленное напряжение сглаживается фильтром, состоящим из элементов R3, C1, R4, C2, и приобретает форму, рис. 3, б. С целью снижения значительных пульсаций, путем ограничения напряжения на выходе фильтра при больших токах к.з., устанавливаются последовательно стабилитроны VD9 и VD10 (приняты два для уменьшения мощности на каждом из них при больших выходных напряжениях). напряжение с выхода БПД по линии связи подается на вход БФИ. Линия связи укладывается в каналы вместе с контрольными кабелями. Как уже отмечалось, блок присоединения датчика скорости изменения тока устанавливается в ячейке отходящей линии.

БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ

Принципиальная схема БФИ приведена на рис. 4. напряжение с выхода БПД по ЛС поступает на вход БФИ, который можно разделить на две составляющие: скорость увеличения тока (СУвТ) и скорость уменьшения тока (СУмТ). Составляющая датчика скорости увеличения тока содержит конденсаторы С1, С3, эмиттерный повторитель на транзисторе VT1, усилитель напряжения на транзисторе VT2 и триггер на микросхемах DD1.1 и DD1.2 (типа ИЛИ – НЕ).В свою очередь, СУмТ содержит конденсаторы С2, С4, эмиттерный повторитель на транзисторе VT4, усилитель на транзисторе VT5 и инвертор на микросхеме DD1.3. Эмиттерные повторители на транзисторах VT1 и VT4 необходимы для снижения шунтирующего воздействия входными сопротивлениями полезного сигнала усилителей VT2 и VT5, поступающего по линии связи с блока присоединения датчика БПД. Транзистор VT3, соединенный по схеме эмиттерного повторителя, нагружен на светодиод VD2 и ограничивающее его ток сопротивление R16.

Светодиод VD2 необходим для наглядного отображения работы ДСИТ. В частности, в момент появления тока к.з. он «загорается» и остается в таком состоянии до момента исчезновения тока к.з. Сопротивление R1 является нагрузкой для БПД через линию связи и, соответственно, служит для разряда конденсаторов С1 и С2 в этом блоке при снижении напряжения на выходе выпрямителей VD1-VD4 и VD5VD8 (см. рис. 2). При нормальном режиме работы в линии 10 кВ протекает рабочий ток без резких его изменений, так как включение и отключение нагрузки на уровне напряжения 0,38 кВ не вызывает бросков тока, как при к.з. [1]. При этом с выхода фильтра снимается практически постоянное по величине напряжение. ток через конденсаторы С1 и С2 (см. рис. 4) не проходит, тем самым на входах транзисторов VT1 и VT4 не создается дополнительный потенциал напряжения. В данном случае смещение на базе транзистора VT1 будет определяться только соотношением сопротивлений R2 и R4, а смещение транзистора VT4 — соотношением сопротивлений R7, R8 и R9. Смещение транзистора VT1 выбирается таким образом, чтобы в исходном состоянии он был закрыт. При этом будет закрыт и транзистор VT2 и с его выхода будет выдаваться логическая единица на вход 1 триггера DD1.1, DD1.2. В таком состоянии с выхода 6 триггера будет так же поступать сигнал по выходу 10 на LPT-порт компьютера. На схеме (см. рис. 4) значение потенциалов — логической единицы «1» или логического нуля «0» — обозначены, соответственно, 1-0 или 0-1. Первая цифра в этих обозначениях соответствует исходному состоянию элемента схемы, а вторая — после ее перехода при появлении резких изменений тока в контролируемых линиях электропередачи. Предположим далее, что в контролируемой линии в какой-то момент времени t1 вследствие к.з. между фазами А и В появилось увеличение тока до амплитуды i2 (см. рис. 3, а). В этом случае происходит резкое увеличение напряжения на выходе выпрямителя VD1VD4 (см. рис. 2), а, соответственно, и на выходе сглаживающего фильтра (см. рис. 3, б). Это увеличение напряжения по ЛС будет передаваться на вход формирователя импульсов (см. рис. 4) и вызовет протекание тока подзаряда через конденсатор С1 и резистор R4, что приведет к увеличению положительного дополнительного напряжения на базе транзистора VT1, после чего он откроется. Так же откроется и транзистор VT2.

Следует отметить, что изменение состояний транзисторов VT1 и VT2 с закрытых на открытые происходит за малый промежуток времени, который определяется временем подзаряда конденсатора С1. Как только он зарядится до напряжения, определяемого величиной приращения тока при к.з., ток через конденсатор проходить не будет, и потенциал базы транзистора VT1 станет прежним. Транзистор VT1, а, соответственно, и транзистор VT2 снова закроются, хотя ток к.з. еще будет протекать в контролируемой линии. С открытием транзистора VT2 при появлении приращения тока к.з. логический «0» поступит на вход 1 триггера DD1.1, DD1.2. Триггер изменит свое состояние и логический «0» с выхода 10 поступит на порт компьютера LPT. Такое состояние триггера останется до появления резкого уменьшения тока в контролируемой линии или при появлении сигнала «сброс» с компьютера. С изменением состояния триггера единичный сигнал появится на его выходе 3 и через резистор R15 откроет транзистор VT3. При этом «загорится» светодиод VD2, сигнализируя о том, что в контролируемой линии появился ток к.з. СУмТ работает следующим образом. В режиме рабочих токов в контролируемой линии с фильтра снимается постоянное напряжение, величина которого определяется уровнем тока, проходящего по контролируемой линии 10 кВ. Так как к конденсатору С2 (см. рис. 4) прикладывается практически не меняющееся по величине напряжение, то ток через него не проходит и не меняется потенциал на базе транзистора VТ4. Смещение на базе транзистора VT4, как уже отмечалось, определяется соотношением сопротивлений R7, R8 и R9, и он в исходном состоянии открыт. В открытом состоянии находится и транзистор VT5. При этом «0» с его коллектора поступает на вход инвертора DD1.3. С выхода же инвертора логическая «1» появится на входе диода VD3. С учетом этого логическая «1» от источника питания через R13 поступает на вход 5 триггера DD1.1, DD1.2, не изменяя его состояние. В момент появления к.з. увеличивается положительное напряжение с выхода фильтра БПД, которое вызовет ток подзаряда конденсатора С2, а, соответственно, и увеличение положительного потенциала на базе транзистора VT4. Однако поскольку до этого на базе транзистора уже было положительное смещение и он был открыт, то увеличение положительного потенциала не изменит его состояние. Предположим теперь, что ток к.з. исчез за счет отключения его одним из выключателей в линии. При отключении к.з. произойдет резкое уменьшение тока в контролируемой линии 10 кВ. При уменьшения тока со скоростью, имеющей место при исчезновении к.з. (например, между фазамиА и В), на выходе выпрямителя VD1-VD4 (см. рис. 2) напряжение снижается, и через конденсатор С2, (см. рис. 4) проходит ток подразряда. На базе транзистора VT4 появится дополнительный отрицательный потенциал, и он закроется. Закроется и транзистор VT5. Закрытие этих транзисторов будет непродолжительным, на время, необходимое для подразряда конденсатора С2, затем они снова откроются, причем ток в контролируемой линии может и не возрасти. С временным закрытием транзисторов в момент резкого уменьшения тока с коллектора транзистора VТ5 логическая единица поступит на входы 8 и 9 инвертора DD1.3. С его выхода «0» через диод VD3 будет подан на вход 5 триггера DD1.1, DD1.2, что изменит его состояние и вернет в исходное положение, то есть в то положение, которое он имел до появления к.з. В данном случае на выходе 6 триггера снова появится «1», которая поступит на вход 10 LPT-порта компьютера. Одновременно с выхода 3 триггера «0» закроет транзистор VT3 и светодиод VD2 «погаснет», сигнализируя о том, что в контролируемой линии исчез ток к.з. При исчезновении тока к.з., как уже отмечалось, уменьшится напряжение на выходе БПД. Это вызовет некоторый ток разряда конденсатора С1 и уменьшение положительного напряжения на базе транзистора VT1.

Однако поскольку этот транзистор после прохождения броска тока к.з. вернется в исходное закрытое состояние, то уменьшение напряжения на его базе не повлияет на его состояние (то есть он останется «закрытым»). Таким образом, в течение существования броска тока к.з. с выхода 6 триггера DD1.1, DD1.2 будет поступать логическая единица (напряжение примерно величиной +5 В) на вход 10 порта LPT компьютера. Появление логической единицы и ее исчезновение (появление логического нуля) на входе компьютера, а также дальнейшие возможные изменения тока в контролируемой линии анализируются им по специальной компьютерной программе в соответствии с разработанным алгоритмом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Датчик скорости изменения тока позволяет контролировать изменения тока со скоростью, соответствующей таковой при коротких замыканиях и при подключении нагрузки, что может быть использовано при контроле результатов работы пункта сетевого АВР, поскольку его успешное и не успешное включения характеризуются увеличением тока с достаточной для работы предложенного устройства скоростью. Также, соответственно, он может применяться и при контроле АПВ выключателей.