Генераторно-измерительный комплекс

Использование: при изучении земной коры, поиска полезных ископаемых, прогнозе землетрясений, а также для связи с удаленными морскими объектами. Технический результат: повышение мощности и надежности работы генераторно-измерительного комплекса в условиях наведенных помех. Сущность полезной модели: генератор представляет собой преобразователь частоты со звеном постоянного тока. Система управления многофункциональная, микропроцессорная с развитым интерфейсом. Генератор работает в диапазоне частот 0,1-100 Гц, номинальная его мощность на антенную нагрузку составляет 100 кВт. Высокая надежность комплекса обеспечивается за счет транзисторной схемы коммутации. 3 ил.

Полезная модель относится к области электроэнергетики, а именно к радиотехническим комплексам крайне низких частот (КНЧ) и сверхнизких частот (СНЧ), и может быть использована для изучения строения земной коры, поиска полезных ископаемых и прогноза землятресений путем регистрации электромагнитных полей, создаваемых излучающей системой КНЧ-СНЧ генераторов, а также для связи с удаленными морскими объектами.

Первые опыты измерения электрических сигналов в земле с помощью данных промышленных линий электропередач (длиной до 100 км) были предприняты в Швеции в связи с изучением коррозийных эффектов и для оценки проводимости пород на глубине. Специальные работы по глубинному зондированию земной коры с использованием промышленных линий были выполнены в США [Cantwell Т., Nelson P. Deep resistivity measucements in the Pacific north-west. Journal of Geophysical Research, 1965, №8, v.70 P.1931-1937].

Первые подобные эксперименты были проведены в нашей стране на Кольском полуострове на ЛЭП (ВЛ-401) в середине 70-ых годов в СНЧ диапазоне при вводе в строй Серебрянской ГЭС и в 1998 году в КНЧ диапазоне путем подключения источника мощности 50 кВт.

Известен «Унифицированный генераторно-измерительный комплекс КНЧ и СНЧ излучения для геофизических исследований». Автор Каганович А.А. и др. Патент РФ №2188439 от 27.08.02 г. кл. 7 G 01 V 3/12.

Комплекс состоит из задающего генератора, N генераторов синусоидального тока, нагруженных на протяженные, низко расположенные горизонтально ориентированные передающие антенны с заземлителями на концах, причем регистрация излучения, создаваемого КНЧ-СНЧ

генераторами, осуществляется с помощью измерительного комплекса, при этом все N генераторов подключены к единому задающему генератору.

Задающий генератор представляет собой однофазный мостовой инвертор, выполненный на мощных полупроводниковых управляемых вентилях-тиристорах. Нагрузкой генератора являются провода воздушной ЛЭП и схема согласования. При токах в ЛЭП-401 до 100 А и более в окружающем пространстве длительно генерируются мощные электро-магнитные поля.

Недостатками известного генераторно-измерительного комплекса является недостаточный уровень излучения КНЧ-СНЧ сигналов и их регистрация на больших удалениях от источника, так номинальная активная мощность при испытаниях на активную нагрузку составляет не более 30 кВт, а также низкая надежность работы комплекса в условиях наведенных помех (с глубоким подавлением гармоник промышленной частоты).

Целью полезной модели является повышение мощности и надежности работы генераторно-измерительного комплекса в условиях наведенных помех.

Поставленная цель достигается тем, что используется генераторно-измерительный комплекс, состоящий из задающего генератора и N генераторов синусоидального тока, нагруженных на протяженные, низко расположенные горизонтально ориентированные передающие антенны с заземлителями на концах, при этом регистрация излучения, создаваемого КНЧ-СНЧ генераторами осуществляется с помощью измерительного комплекс, причем все N генераторов подключены к единому задающему генератору, который состоит из системы управления, регулирования, защиты и автоматики (СУРЗА), тиристорного выпрямителя, устройства защиты 1, автономного инвертора напряжения, устройства защиты 2, согласующего устройства, устройства питания и двух входных переключателей, при этом входные переключатели выполнены трехпозиционными и последовательно тремя входами соединены с тиристорным выпрямителем, причем на соединительных линиях установлены датчики тока (ДТ) и датчики

напряжения (ДН), которые соединены с системой управления, регулирования, защиты и автоматики, а выпрямитель через устройство защиты 1 двумя выходами соединен с автономным инвертором, который в свою очередь через устройство защиты 2 соединен с согласующим устройством, при этом согласующее устройство через параллельно включенный ограничитель грозовых перенапряжений соединен с антенной, причем СУРЗА соединено с выносным постом управления и понижающим выпрямителем, который своим входом соединен с третьим входом высоковольтного устройства питания генератора, который в свою очередь первым входом соединен с входным переключателем, а вторым входом с понижающими блоками питания.

На фиг.1 изображена блок-схема генераторно-измерительного комплекса.

На фиг.2 представлена структурная схема задающего генератора, она состоит из:

1 - аппаратуры электропитания генератора, аппаратура эта состоит из выпрямителя с фильтром звона постоянного тока и устройства электропитания напряжением 380 В;

2 - возбудителя и устройства управления выходным напряжением, представляющие собой блок управления, регулирования, защиты и автоматики (СУРЗА) с микропроцессором на кварцевом генераторе;

3 - усилителя мощности с аппаратурой электропитания, управления и защиты в виде шкафа инвертора с устройствами защиты.

В состав генератора входят следующие функциональные узлы:

4 - тиристорный выпрямитель;

5 - автономный инвертор напряжения;

6 - согласующее устройство; 2- СУРЗА;

7 - комплекс датчиков тока;

8 - комплекс датчиков напряжения;

9 - устройство защиты №1;

10 - устройство защиты №2;

11 - ограничитель грозовых перенапряжений (ОГН);

12 - переключатели ручного типа П1 и П2;

13 - выносной пульт управления;

14 - светодиодные индикаторы.

Тиристорный выпрямитель 4 выполнен по трехфазной мостовой схеме и обеспечивает плавный частотный диапазон (т.е. коммутацию) от 0,1 Гц до 100Гц. Дискретность установки частоты в диапазоне 0,1-0,10 Гц - 0,1 Гц, в диапазоне 10-30 Гц - 2 Гц, в диапазоне 30-100 Гц - 10 Гц. Регулировка и стабилизация величины выпрямленного напряжения достигается изменением угла включения . В случае аварии генератор отключается одновременным снятием импульсов управления с тиристоров.

Автономный инвертор напряжения 5 обеспечивает преобразование постоянного напряжения в переменное требуемой частоты.

Согласующее устройство 6 служит для согласования генератора с антенной.

Датчики тока и напряжения 7 и 8 служат для индикации тока и напряжения на линиях.

Устройства защиты 9 и 10 служат для защиты цепей выпрямителя и инвертора от перегруза.

Датчики 11 служат для установки фиксированной частоты.

С выносного поста управления 13 осуществляется контроль и управление ГИК, а также запись на осциллограф тока нагрузки на выходе инвертора 5.

Световые индикаторы 14 служат для определения исправности выпрямителя и инвертора и обосновывают необходимую точность регистрации рабочих параметров нагрузки на выходе генератора.

Для повышения надежной работы по генерации КНЧ-СНЧ сигналов представлена схема передачи переменного тока в антенну фиг.3.

Блок-схема подключения ГИК к промышленной линии электропередач, предусматривает питание генератора от трехфазного трансформатора 380 В с

отключенной нейтралью, где С3 - продольная компенсирующая емкость, DX - датчик Холла.

Необходимость отключения нейтрали трансформатора от «земли» обусловлена тем обстоятельством, что «землей» в данном случае является контурное заземление, оно выполняет роль одного из заземляющих электродов антенны и к нему, соответственно, подсоединен один из выходных концов инвертора. Поэтому, во избежание появления токов короткого замыкания, нейтраль трехфазного трансформатора промышленной сети 380 В отсоединена от «земли».

Генератор представляет собой преобразователь частоты со звеном постоянного тока. Система управления - многофункциональная, микропроцессорная с развитым интерфейсом. Генератор работает в диапазоне частот 0,1-10 Гц. Номинальная активная мощность при испытаниях на активную нагрузку - не более 100 кВт. Напряжение питания генератора 380±10 В. Сеть питания генератора 50 (3 ф) Гц, КПД не менее 85%.

Испытания показали высокоустойчивость примененной в предлагаемой схеме транзисторной коммутации от влияния наведенной ЭДС индуктивной природы от соседних ЛЭП. Сторонние ЭДС во время испытаний достигали 200 В. Предлагаемая схема генератора, основанная на тиристорной схеме коммутации в режиме пошагового изменения частоты позволила успешно провести выбор оптимального набора частот для работы на ЛЭП (ВЛ-401 и ВЛ-154) при проведении испытаний с учетом изменяющейся с частотой индуктивности от 0,23 Гн на частоте 0,3 Гц до 0,17 Гн на частоте 111 Гц и с учетом имеющегося набора компенсирующих продольных емкостей.

Предлагаемый генератор уверенно обеспечивает выходной ток на активной нагрузке силой 100 А. При использовании комплексной нагрузки, включающей балласт 4,7 Ом и последовательную индуктивность 18 Гн, ток на высоких частотах резко падает, до 21,9 А на частоте 20,7 Гц и до 5,36 А на частоте 80 Гц.

Разработанная система коммутации позволяет осуществлять подбор режимов работы в широком диапазоне частот от 0,3 Гц до 100 Гц и выше, что существенно превышает параметры прототипа.

Испытания показали также высокую устойчивость примененной в ней системы транзисторной коммутации от влияния наведенной ЭДС индуктивной природы от соседних ЛЭП. Сторонние ЭДС во время испытаний достигали 200 В. Генераторная станция (прототип), основанная на тиристорной схеме коммутации, в этих условиях работает неустойчиво из-за систематических сбоев коммутации. Предлагаемый генератор в режиме пошагового изменения частоты позволил успешно провести выбор оптимального набора частот для работы на ВЛ-401 и ВЛ-154.

Положительный эффект состоит в том, что заявляемый генераторно-измерительный комплекс позволяет повысить его мощность и надежность работы в условиях наведенных помех с использованием промышленных линий электропередач. (ЛЭП).

Генераторно-измерительный комплекс, состоящий из задающего генератора и N генераторов синусоидального тока, нагруженных на протяженные, низко расположенные, горизонтально ориентированные антенны с заземлителями на концах, при этом регистрация излучения, создаваемого генераторами крайне низких частот (КНЧ) и сверхнизких частот (СНЧ) осуществляется с помощью измерительного комплекса, причем все N генераторов подключены к единому задающему генератору, отличающийся тем, что задающий генератор состоит из системы управления, регулирования, защиты и автоматики (СУРЗА), тиристорного выпрямителя, устройства защиты 1, автономного инвертора напряжения, устройства защиты 2, согласующего устройства, устройства питания и двух входных переключателей, при этом, входные переключатели выполнены трехпозиционными и последовательно тремя входами соединены с тиристорным выпрямителем, причем на соединительных линиях установлены датчики тока (ДТ) и датчики напряжения (ДН), которые соединены с системой управления, регулирования, защиты и автоматики, а выпрямитель через устройство защиты 1 двумя выходами соединен с автономным инвертором, который в свою очередь через устройство защиты 2 соединен с согласующим устройством, при этом согласующее устройство через параллельно включенный ограничитель грозовых перенапряжений соединен с антенной, причем СУРЗА соединено с выносным постом управления и понижающим выпрямителем, который своим входом соединен с третьим входом высоковольтного устройства питания генератора, который в свою очередь первым входом соединен с входным переключателем, а вторым входом с понижающими блоками питания.