Рассмотрим основные параметры КНП сети, которые используются при автоматической настройке компенсации по данному принципу. На рис. 72 приведена однолинейная схема электрической сети. В схеме замещения активные и индуктивные сопротивления в линиях электропередачи, а также по пути возврата токов утечки через землю не учтены вследствие их незначительного влияния на основные параметры КНП сети.
Напряжение нейтрали изолированной сети при Еа = Uа, Ев = Uв, Ес=Uс определяется по формуле
, (Х.3)
из Которой видно, что при симметрии фазных напряжений U0 определяется несимметрией фазных проводимостей относительно земли. В кабельных сетях U0 обычно составляет единицы вольт и в основном зависит от несимметрии емкостей, а в воздушных — от несимметрии активной проводимости утечек на землю и в некоторых случаях превышает сотни вольт. Допустимое по ПТЭ значение U0 составляет 0,75 % Uф [79], однако на практике это условие не всегда выполняется.
Таким образом, уменьшение инерционности реактора уменьшает зону нечувствительности регулятора и повышает устойчивость системы регулирования.
Фазовый принцип настройки позволяет учитывать также влияние нелинейности вольт-амперной характеристики реактора, для чего оптимальный угол настройки определяется по минимуму реактивной мощности (тока) при опыте металлического замыкания одной фазы сети на землю.
Нелинейность вольт-амперной характеристики реактора может быть определена при его изготовлении и указана в паспорте, что позволило бы внести поправку при выборе оптимального угла настройки регулятора в нормальном режиме работы сети.
При автоматической настройке компенсации важное значение имеет чувствительность регулятора по входному напряжению, так как при значительных расстройках компенсации напряжение нейтрали резко снижается почти до значения U0 и возможны отказы регулятора.
Устройства компенсации, работающие по фазовому принципу, обычно содержат усилитель-ограничитель или формирователь прямоугольных импульсов, чувствительность которых при использовании современной элементной базы может достигать единиц мили-вольт, что практически исключает отказы регулятора.
В качестве примера рассмотрим работу устройства автоматической настройки компенсации по фазовому принципу регулирования с ДГР с регулируемым немагнитным зазором [117]. На рис. 78 приведена блок-схема такого устройства.

Напряжение нейтрали Uн со вторичной обмотки измерительного трансформатора, включенного параллельно ДГР, подается на входное устройство 6 и блок отсечки 14. Затем сигнал проходит через полосовой фильтр 7 на 50 Гц (заграждающий фильтр на 150 Гц), усиливается усилителем-ограничителем 8 и через фазовый мост 9 поступает на вход фазового детектора 10. Опорное напряжение Uоп, взятое со вторичной обмотки пятистержневого измерительного трансформатора НТМИ, подключенного высоковольтной обмоткой к фазам сети, на фазовом детекторе сравнивается с напряжением сигнала, и на его выходе появляется сигнал соответствующей полярности, пропорциональный разности фаз.

Рис. 78. Блок-схема устройства АНК по фазовому принципу регулирования:
1 — электрическая сеть; 2 — измерительный трансформатор напряжения (НТМИ); 3 — индикатор; 4—дугогасящий реактор; 5—измерительный трансформатор напряжения (НОМ); 6—входное устройство; 7— фильтр; 8 — усилитель-ограничитель; 9 — фазовый мост; 10— фазовый детектор; 11 — релейный усилитель; 12 — блок питания; 13 — исполнительный орган; 14 — блок отсечки по напряжению; 15 — усилитель; 16 — помехозащитное устройство; Uсигн -напряжение сигнала.
Сигнал поступает на вход релейного усилителя 11 и индикатора 3. Напряжение с выхода релейного усилителя подается на помехозащитное устройство 16, усиливается усилителем 15 и поступает на исполнительный орган 13, который управляет ДГР 4. Резонансная настройка реактора контролируется визуально с помощью индикатора. В режиме замыкания на землю срабатывает блок отсечки 14 и блокирует регулятор. После исчезновения замыкания схема возвращается в исходное состояние.
В работе [117] описана методика настройки регулятора по фазовому принципу. Здесь рассмотрим некоторые вопросы эксплуатации систем АНК и работу автоматических регуляторов при объединении секций сборных шин. На практике возможны различные схемы включения дугогасящих реакторов. В качестве примера приведем схемы, которые показаны на рис. 79, а, б.
Основные положения и мероприятия, обеспечивающие эффективность использования мощностей силовых трансформаторов и реакторов, а также автоматической настройки компенсации по фазовому принципу регулирования, можно сформулировать в следующем виде.

. Выбор мощностей трансформаторов Т1, T2, реакторов Lp1 — Lp3 и режимов их работы проводится на основе результатов измерений емкостной составляющей тока замыкания на землю при различных режимах работы распределительной сети.

Рис. 79. Схемы подключения ДГР при двух и одном питающем трансформаторе.

При этом одновременно могут измеряться активная и высшие гармонические составляющие тока замыкания.

1. Для расширения диапазона регулирования индуктивного тока в качестве базового целесообразно использовать реактор типа ЗРОМ. В этом случае ток ЗРОМ устанавливается таким образом, чтобы плавно-регулируемый реактор компенсировал ток при расстройке компенсации v<0,5 (см. параграф 1 гл. IX).
2.  Емкости конденсаторов ∆с1, ∆с2 выбираются в основном для каждой секции шин СШI, СШII и подключаются к одноименной фазе. При этом напряжение нейтрали при резонансной настройке реакторов должно быть меньше 0,15 Uф.
3. При объединении секций сборных шин регуляторы могут также работать параллельно. Однако при длительной их работе реакторы могут оказаться в крайнем положении, что приводит к неоптимальному использованию их мощности. Поэтому необходимо отключить все регуляторы и вручную установить реакторы аналогично п. 2, после чего включается соответствующий регулятор. При этом в качестве базовых используются также регулируемые реакторы.
4. При предварительной резонансной настройке компенсации каждой секции шин и включении секций параллельно автоматические регуляторы не должны срабатывать, что соответствует правильному выбору емкостей и настройке регуляторов.
5. При соблюдении условий параллельной работы трансформаторов и примерно одинаковых значениях напряжений нейтрали U0 (при отключенных реакторах) нейтрали трансформаторов могут быть также включены параллельно (на рисунках показано штрихами). В этом случае также необходимо обратить внимание на точность настройки: при резонансной настройке компенсации каждой секции шин раздельно и последующем параллельном включении нейтралей трансформаторов режим настройки должен оставаться неизменным. На подстанциях или станциях с большим числом секций сборных шин трансформаторы, реакторы, емкости, а также режимы их работы выбираются аналогично выше описанному.

Для облегчения условий работы обслуживающего персонала процесс оптимального выбора режимов компенсации можно частично автоматизировать. В некоторых конкретных случаях конденсаторы могут быть подключены, как показано на рис. 79, б.
Дежурный персонал должен иметь данные о конкретных значениях емкостных токов, уставок реакторов в зависимости от режима работы сети.
По нашему мнению, в сетях с большими токами замыкания на землю и значительным числом секций шин для уменьшения оперативных переключений целесообразно иметь реакторы с соответствующей глубиной регулирования.

АНК по частотным параметрам сети.

Резонансный контур, образованный индуктивностью ДГР и емкостями фаз относительно земли (рис. 82), характеризуется двумя важнейшими параметрами: частотой собственных свободных колебаний (ωс и коэффициентом их затухания 6.
Эти параметры определяются при решении характеристического уравнения для последовательного RLс0-контура, образующегося при замыкании ключа S1:
(Х.34)
Корни уравнения имеют вид:

т 

Рис. 82. Однолинейная схема замещения компенсированной сети о эквивалентным активным сопротивлением реактора, включенным последовательно с индуктивностью последнего.

Рис. 83. Зависимости частоты и периода собственных колебаний контура нулевой последовательности от степени расстройки компенсации.

Пренебрегая активными потерями в контуре (справедливость такого шага будет показана далее при количественной оценке точности способа настройки), т. е. Rp ≈ 0; R0=∞ собственная частота определяется выражением ωс=Связь между коэффициентом расстройки компенсации v и частотой собственных колебаний контура ωа получаем преобразованием выражения (IV.2):

На рис. 83 приведены зависимости частоты и периода собственных колебаний контура от расстройки компенсации, откуда видно, что при расстройке v=1 (при отключенном ДГР) частота собственных колебаний стремится к нулю.
При точной настройке компенсации v=0 собственная частота контура равна частоте источника ЭДС в сети, т. е. 50 Гц, а при перекомпенсации v= — I частота собственных колебаний достигает 70 Гц.
Следует отметить, что зависимость частоты (периода) собственных колебаний от степени расстройки компенсации строю однозначна, что очень важно при технической реализации автоматического регулятора.

Оцепим точность измерения расстройки компенсации на конкретном примере. Пусть емкостный ток замыкания на землю в сети напряжением 10 кВ составляет 20 А, т. е. с=0,1 мкФ; Lp=l Гн.
Активные потери в ДГР имеют величину порядка 2% при Rр = 6 Ом; при изменении коэффициента демпфирования сети d в пределах 0,02—0,01 или R2= 15700:3140 Ом.
В худшем случае (d = 0,l; v = 0) отклонение частоты составляет не более 0,05 Гц, или 0,1%, и, наоборот, погрешность по расстройке компенсации при равенстве частоты собственных колебаний 50 Гц не превысит 0,2%.
Сравнительно высокая точность измерения расстройки, являющаяся принципиальной особенностью рассмотренного способа, и простота технической реализации привлекли внимание разработчиков [12, 38]. Известные устройства автоматической настройки компенсации по данному принципу в основном работают в режиме однофазного замыкания.
При обрыве заземляющей дуги (ключ S2 разомкнут (см. рис. 82)) в контуре происходит колебательный обмен энергией между ДГР и емкостью сети с собственной частотой ωс. В это же время измеряют частоту напряжения нейтрали Uн, содержащую информацию о расстройке компенсации и изменяют индуктивность ДГР до тех пор, пока частота собственных колебаний не совпадает с 50 Гц.
Недостатком устройства, рассмотренного в работе [12], является то, что измерение расстройки происходит в течение сравнительно короткого промежутка времени (0,2—0,5 с) только после самоликвидации однофазного замыкания на землю. Поэтому такая настройка рекомендуется лишь в сочетании с другими способами, позволяющими проводить предварительную настройку реакторов до замыкания на землю, а также во время длительного устойчивого однофазного замыкания [12].
С появлением новых конструкций ступенчато-регулируемых ДГР [38, 56], настраиваемых под напряжением переключением ответвлений обмотки тиристорными коммутаторами, возможности применения рассмотренного способа существенно расширяются. Действительно, свободные колебания в последовательном резонансном контуре возникают при любом изменении его параметров. В нормальном режиме работы сети (см. рис. 82, ключ S1 разомкнут, a S2 замкнут) при изменении конфигурации сети емкость контура изменяется скачкообразно, что сопровождается переходным процессом.  Однако их длительность в некоторых случаях недостаточна для надежной работы автоматического регулятора.
Устойчивые переходные процессы можно создать искусственно, например, периодическим отключением и подключением обмотки или секции обмотки ДГР к нейтрали сети. Регулирование индуктивности реактора проводится переключением ответвлений его обмотки по разности частоты свободных колебаний и частоты 50 Гц.

Рис. 84. Блок-схема устройства АНК. работающего по принципу измерения частоты свободных колебаний:
1— датчик напряжения нейтрали; 2 — заградительный фильтр; 3—блок измерения;
4- блок регулирования и запоминания; 5— блок определения режима; 6 — блок периодической коммутации; 7— блок управления переключающим устройством ДГР; 8— ДГР.
Периодичность коммутации ДГР определяется длительностью затухания свободной составляющей напряжения нейтрали. В реальных сетях она составляет около секунды. При этом длительность отключенного состояния реактора достаточно выбрать порядка периода напряжения промышленной частоты, а вероятность того, что замыкание на землю произойдет при отключенном реакторе, составляет весьма малую величину, примерно 0,01.

При возникновении замыкания периодические отключения реактора недопустимы. В этом режиме реактор постоянно подключен, что обеспечивает нормальную компенсацию емкостного тока замыкания, а необходимая настройка осуществляется измерением частоты свободных колебаний напряжения нейтрали при погасании заземляющей дуги.
На рис. 84 приведена блок-схема устройства, которое работает следующим образом.
В нормальном режиме работы сети, когда уровень напряжения нейтрали не превышает 0,15 U, блок периодической коммутации воздействует на блок управления переключающим устройством ДГР. Реактор периодически подключается на 1—2 с и отключается на 0,02 с от нейтрали сети.
При подключении реактора в напряжении нейтрали возникает затухающая свободная составляющая, которая через заградительный фильтр на 50 Гц поступает на блок измерения расстройки компенсации. Фильтр не пропускает сигналы в полосе частот 49—51 Гц, чем исключает влияние вынужденной составляющей.
В соответствии с частотой напряжения на выходе фильтра блок измерения воздействует на блок регулирования и запоминания, выполненный, например, на основе многозарядного реверсивного счетчика. Под воздействием сигнала от блока регулирования и запоминания тиристорный коммутатор переключает ответвления обмотки ДГР.
При последовательном ступенчатом изменении индуктивности реактора собственная частота контура приближается к значению 50 Гц, по достижении которого фильтр не пропускает сигнал на вход блока измерения, и процесс переключения ответвлений останавливается. Информация о последнем значении индуктивности ДГР хранится в блоке регулирования и запоминания.
По истечении 1—2 с блок периодической коммутации воздействует на блок управления переключающим устройством и отключает ДГР от нейтрали. Через 0,02 с реактор вновь подключается к нейтрали, и процесс настройки повторяется.
При возникновении замыкания на землю блок определения режима прерывает работу блока периодической коммутации, чем обеспечивается постоянное подключение реактора к нейтрали. В этом случае настройка компенсации проводится по известному способу [38].
Преимуществом рассмотренного способа настройки компенсации является более полное использование переключающего устройства ДГР, которое не только непосредственно изменяет индуктивность реактора, но и создает в контуре нулевой последовательности необходимый переходный процесс. При этом блок измерения работает как в нормальном, так и в аварийном режимах.