Устройство контроля состояния электрической сети

Устройство контроля состояния электрической сети предназначено для автоматического обнаружения и фиксации номера линии, в которой развивается аварийный режим (короткое замыкание). Отличительным признаком служит включение последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора сетевой подстанции высокочастотного контура. Параметры высокочастотного напряжения, появляющегося на контуре при возникновении короткого замыкания в сети, определяются номером отходящей от шин вторичной стороны линии электропередачи. Технический результат заключается в упрощении структуры устройства и повышении селективности контроля сети.

Предполагаемая полезная модель относится к энергетике и может быть использована для контроля состояния энергосистем.

Известно устройство [Д.А.Сергеев, В.А.Жмурко и др. «Устройство для определения короткого замыкания линии электропередачи», А.С. №1215065, бюл, №8 1986 г.]. Устройство содержит трансформатор тока, генератор высокой частоты, блок синхронизации, частотный модулятор, смеситель и блок аварийной сигнализации. К недостаткам устройства относится сложность аппаратной реализации, а также сложностью настройки схемы распознавания короткого замыкания в линии, обусловленная косвенным методом его контроля.

Известно устройство [Д.А.Сергеев, В.И.Мрыхин, В.А.Жмурко «Устройство контроля состояния электрической сети», №1246387, бюл. №27 1986 г.]. Состояние линии в нем контролируется с помощью измерения параметров специально формируемого сигнала, источник которого подключен к распределительной линии со стороны потребителя, а измерение параметров сигнала осуществляют на стороне шин низкого напряжения распределительной подстанции. (Прототип). Прототип содержит исполнительный пункт, состоящий из датчика состояния сети и n приемников, n повторных пунктов, каждый из которых состоит из трансформатора тока, передатчика и разделительного конденсатора. Передатчик повторного пункта генерирует в линию пилотный сигнал высокой частоты. Параметры сигнала, зависящие от состояния линии, оцениваются в исполнительном пункте. Основные недостатки прототипа:

1. Сложность аппаратной реализации контроля. Устройство содержит n приемников, n генераторов и n счетчиков и индикаторных устройств;

2. Повышенная вероятность ложного срабатывания при резких колебаниях нагрузки, обусловленная применением в сравнительной процедуре амплитудных значений тока;

3. Постоянное присутствие в линии широкополосного высокочастотного сигнала уменьшает возможность использования линии электропередачи в качестве канала высокочастотной электросвязи.

Предполагаемая полезная модель направлена на упрощение аппаратной реализации и селективности контроля. Технический результат заключается в:

- упрощении структурного состава исполнительного и повторных пунктов (устранении передатчиков повторных пунктов, уменьшении числа приемников до одного и упрощении его структуры, упрощении структуры датчика состояния сети);

- упрощении селективности контроля сети за счет размещения датчика состояния сети на диспетчерском пункте верхнего по отношению к распределительным линиям узла сети.

Техническая задача осуществляется с помощью устройства контроля состояния электрической сети, содержащего исполнительный пункт, состоящий из датчика состояния сети и приемника, n повторных пунктов, приемник исполнительного пункта включен сетевыми вводами последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, выход приемника через разделительные конденсаторы и магистральную линию соединен с входом датчика состояния сети, высокочастотные входы приемника соединены соответственно со вторыми выходами повторных пунктов, первые входы которых соединены со сборной шиной вторичной обмотки силового трансформатора, а к первым выходам подключены соответствующие распределительные линии, третьи выходы их подключены ко второму сетевому вводу приемника. Структурная схема устройства контроля состояния сети изображена на фиг.

Устройство контроля состояния электрической сети состоит из исполнительного пункта 1, приемника 2, датчика состояния сети 3, повторных пунктов 4, при этом вход датчика состояния сети 3, состоящего из последовательно соединенных входного устройства 5, счетчика 6, дешифратора 7 и индикаторного устройства 8, через магистральную линию 9 и конденсаторы 10 соединен с выходом приемника 2, сетевыми вводами S1и S2 соединенного соответственно с концом первичной обмотки 11 силового трансформатора 12 и с концом магистральной линии 9а, сигнальные входы 13 приемника 2 соединены соответственно со вторыми выходами повторных пунктов 4, состоящих из трансформаторов тока 14 и разделительных емкостей 15, первыми входами подключенными к сборной шине 16 вторичной обмотки 17 силового трансформатора 12, а выходами подключенные к началам распределительных линий 18, при этом третьи их выходы подключены к сетевому вводу S2 приемника 2, к сетевым вводам S1 и S2 подключен колебательный контур 19.

Устройство контроля состояния электрической сети работает следующим образом. Короткое замыкание в некоторой распределительной линии 17, подключенной через соответствующий повторный пункт 4 к сборной шине 16, переводит силовой трансформатор 12 в режим короткого замыкания, в котором выполняется приближенное равенство потокосцеплений первичной (i₁w₁) и вторичной (i₂w₂) обмоток, вызывающее резкое ослабление магнитного потока в сердечнике трансформатора. Для напряжения U₁ на первичной обмотке 11 трансформатора 12 можно записать

где U_k - напряжение на контуре 19; ; R₁ - активное сопротивление обмотки 11; i₀w₀=i ₁w₁+i₂w ₂.

Ток во вторичной обмотке 17 имеет временную задержку 9 по отношению к току в первичной обмотке 11 и направлен встречно к нему. Учитывая, что в случае короткого замыкания i ₀w₀0, уравнение (1) перепишем в форме

U ₁=-E₁+U_k+i ₁R₁ при 0t;

U₁=U_k +i₁R₁ при

где =2/Т - частота сетевого напряжения.

Разрешая относительно U_k, получим

Таким образом, при возникновении короткого замыкания в распределительной линии 18 колебательный контур 19 приемника 2 на интервале [] подвергается воздействию импульсного напряжения, что вызывает возникновение в нем собственных колебаний с резонансной частотой колебательного контура. Для увеличения амплитуды и длительности колебаний с вторичной обмотки трансформатора тока 14 повторного пункта 4 на сигнальных входах 13 приемника 2 формируется напряжение сигнала положительной обратной связи. Разделительные емкости 15 и емкость колебательного контура 19 определяют его резонансную частоту, по величине которой судят о номере распределительной линии. Напряжение высокой частоты, снимаемое с вторичной обмотки колебательного контура 19, расположенного в исполнительном пункте 1, через разделительные конденсаторы 10 и магистральную линию 9 поступает вход входного устройства 5 датчика состояния сети 3, частота выходного напряжения которого измеряется счетчиком 6. Состояние счетчика дешифрируется дешифратором 7 и отображается на индикаторном устройстве 8 номером распределительной линии, в которой произошло короткое замыкание. Резонансная частота колебательного контура много больше промышленной частоты сети, следовательно, индуктивность контура

много меньше индуктивности первичной обмотки 11 силового трансформатора 12, поэтому падением напряжения промышленной частоты на контуре можно пренебречь.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой полезной модели подтверждается следующими соображениями. Устройство позволяет обнаруживать короткое замыкание в сети без отключения сети в режиме реального времени развития аварийной ситуации; существенно снижаются эксплуатационные расходы на поддержание надежности электроснабжения.

Устройство контроля состояния сети, содержащее исполнительный пункт, состоящий из датчика состояния сети и приемника, n повторных пунктов, включающих трансформаторы тока и разделительные конденсаторы, отличающееся тем, что, с целью упрощения аппаратной реализации и улучшения селективности контроля приемник исполнительного пункта включен сетевыми вводами последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, выход приемника через разделительные конденсаторы и магистральную линию соединен с входом датчика состояния сети, высокочастотные входы приемника соединены соответственно со вторыми выходами повторных пунктов, первые входы которых соединены со сборной шиной вторичной обмотки силового трансформатора, а к первым выходам подключены соответствующие распределительные линии, третьи выходы их подключены ко второму сетевому вводу приемника.