Глава десятая
КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ НАСТРОЙКОЙ
В КОМПЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ
Рис. 320. Контроль за настройкой при помощи указателя уровня. Осуществлен на станции Обершпрее.
Опыт показал, что в системах с напряжением до 66 кВ точная настройка не является необходимой. Допустимы небольшие отклонения от точной настройки, если они не ухудшают условия гашения дуги при замыканиях на землю. Даже если при оперативных переключениях состояние системы изменяется, это, как правило, не требует немедленной подстройки компенсирующих устройств [Л. 1]. Однако необходимость регулирования настройки катушки может появиться в случае, когда система состоит из отдельных частей, соединение между которыми осуществляется из центрального пульта. Это особенно справедливо, если координация работы отдельных частей системы осуществляется сетевыми диспетчерами.
В очень важных и крупных системах целесообразно сделать следующий шаг в этом направлении и осуществить автоматическую настройку дугогасящих аппаратов.
1. КОНТРОЛЬ ЗА СТЕПЕНЬЮ КОМПЕНСАЦИИ
Имеются два способа контроля: косвенный и прямой.
1.1 Косвенный контроль
Первое устройство, использованное на практике для этой цели [Л. 10],
представляло собой прибор типа указателя уровня (рис. 320). Небольшие деревянные блоки собраны в вертикальную колонку; высота каждого блока пропорциональна емкостному току замыкания на землю одного из участков системы. При отключении какого-либо участка высота оставшихся блоков соответствует полному емкостному току замыкания на землю оставшейся в работе системы. Величина этого тока определяется по вертикальной шкале, отградуированной в амперах. Рядом расположена вторая вертикальная колонка, блоки которой соответствуют токам установленных дугогасящих катушек на рабочих отпайках. Сравнивая два уровня, можно быстро определить величину ,и знак расстройки.
В дальнейшем было предложено усовершенствовать такой метод, применяя весы и соответствующие грузы.
Более совершенный указатель основан на использовании автоматической или ручной диспетчерской оперативной схемы. Такая схема показана, например, на верхнем чертеже на рис. 321. Если линии такой схемы представить проводящими шинками, а ток на них подавать через вспомогательные выключатели а2—а6, b2—b6, с2—с6, соответствующие масляным выключателям, то в сопротивлениях АВ, А2, В2, С2 и т. д. можно получить токи, пропорциональные токам замыкания на землю каждого участка (нижний чертеж на рис. 321). Этим токи можно просуммировать на зажимах 4-14 сборной шинки. Далее, через вспомогательные выключатели а, b, с, относящиеся к каждой катушке (или лучше к каждой отпайке) и вспомогательные сопротивления А, В, С подаются токи, которые соответствуют токам катушек. Эти тока суммируются на зажимах 15—17 другой сборки. Прибор g должен иметь дифференциальную подвижную систеvу с двумя обмотками или к нему должна быть подведена разность токов. Амперметр с двусторонней шкалой будет указывать ток настройки, а также перекомпенсацию или недокомпенсацию системы. Если необходимо контролировать независимо две отдельные части системы, то устанавливается дополнительный переключатель f.
Некоторые трудности появляются тогда, когда имеются параллельные цепи с раздельной компенсацией емкости между ними (см. § 5 гл. 6). В случае двухцепной линии при наличии замыкания на землю справедлива схема замещения, состоящая из трех емкостей, показанных на рис. 217. Поэтому измерительная схема должна иметь три соответствующих сопротивления. Если устройство поперечной компенсации имеет соединение в треугольник (см. рис. 217), то можно осуществить раздельные измерения соответствующих индуктивных и емкостных токов с помощью трех приборов.
Аналогичное, хотя и менее простое, измерение возможно, если в схеме с поперечной компенсацией катушки соединены в звезду [Л. 3].
При косвенных методах необходимо знать величины токов различных участков сети, которые, однако, могут изменяться. Изменение токов может быть учтено только непосредственными измерениями в работающей системе.
2. АВТОМАТИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА
Автоматическая настройка обычно применяется в крупных системах с автоматизированным управлением.
К стоимости такого оборудования не предъявляется особых требований, так как точная настройка имеет ограниченное распространение в системах. Применение автоматической настройки требует дугогасящих аппаратов с переключением отпаек под нагрузкой или, еще лучше, с плавной регулировкой тока.
Наиболее подходящими для автоматической настройки являются катушки с подвижным сердечником (плунжерного типа).
2.1. Реле типа компенсометра
Если стрелку компенсометра снабдить контактами для воздействия на соответствующие цепи дистанционного управления переключающим устройством, можно осуществить автоматическую настройку дугогасящей катушки. Двигатель, применяемый в таком устройстве, может, например, приводить во вращение вал катушки плунжерного типа [Л. 7].
Фирма Броун-Бовери [Л. 8] описывает устройство автоматического управления, использующее два реле, реагирующих на отношение напряжения вспомогательного источника и реактивной составляющей вводимого тока. В предположении/ что автоматически управляемая катушка обеспечивает существенную часть полного компенсирующего тока (и только при этом предположении) полная настройка характеризуется нулевым значением реактивной составляющей вводимого тока. При небольшом отклонении от точной настройки срабатывает одно из реле. которое приводит во вращение двигатель приводного механизма.
Если это устройство применяется в соединении с переключением отпаек пол нагрузкой, нужно позаботиться о том, чтобы все время одна из отпаек находилась в зоне нечувствительности реле, иначе будет иметь место эффект «прыгания». Чтобы обеспечить хорошую работу схемы, напряжения, подводимые к двум реле, должны быть слегка сдвинуты по фазе одно относительно другого. Тем самым вводится мертвая зона, ширина которой может произвольно изменяться при помощи фазорегулирующего автотрансформатора. Автоматическое регулирование двух дугогасящих катушек одной системы или двух связанных частей системы приводит к определенным затруднениям. Дело в том, что катушки могут оказаться в таком режиме, когда одна из них перегружена, а другая используется неполностью. Это, конечно, нежелательно. Для устранения этого недостатка было предложено осуществлять работу катушек близко к середине их диапазонов регулирования, например при помощи зависящего от настройки катушек сдвига фаз в цепях напряжения реле схемы автоматической настройки. Катушки плунжерного типа легко допускают автоматическую настройку при помощи схемы, показанной на рис. 325 [Л. 9].
Дополнительный трансформатор 5 включен последовательно с катушкой L. Для контроля схемы L— С используется индукционное реле 6—7, которое реагирует на реактивную составляющую полной мощности. Два контакта реле служат для выбора направления вращения двигателя. Для исключения влияния естественного смещения нейтрали вводимое напряжение Е может быть модулировано очень низкой частотой так, чтобы после прохождения через нуль оно появлялось снова в противоположной фазе. Такое напряжение может быть получено от медленно вращающегося ротора однофазного индукционного регулятора.
Известно (Л. 9], что дугогасящая катушка с номинальной мощностью 12 000 кВА, установленная в системе 140 кВ с протяженностью линий 160 км и оборудованная переключением под нагрузкой с автоматической настройкой (чувствительность 4%), была испытана при включении и отключении части сети протяженностью 8 км. Правильность работы схемы (изменение настройки на одну отпайку) была проверена. Вспомогательное напряжение было равно 62 в, т. е. 0,07% фазного напряжения системы.
Двигатель-компенсометр
Та же величина EIsin φ, которая создает вращающий момент в компенсометре, описанном в § 1.2.3 этой главы, может быть применена для создания вращающего момента в двухфазном короткозамкнутом двигателе, вал которого сцеплен непосредственно с валом дугогасящей катушки плунжерного типа.
Схема дана на рис. 326. Одна из обметок двигателя постоянно возбуждается вспомогательным источником G; по ней протекает ток, определяемый последовательно включенным реостатом. Другая, управляющая, обмотка обтекается током I, который вспомогательный источник вводит в систему таким же способом, как это раньше описано для компенсометра. Если этот ток находится в фазе с током главной обмотки, который сам пропорционален вводимому напряжению Е и находится с ним в фазе, вращающий момент равен нулю и двигатель стоит, даже если через управляющую обмотку протекает максимальный ток. Однако если ток и напряжение вспомогательного источника будут немного не в фазе, развивается значительный вращающий момент, направление которого зависит от того, будет ли ток опережающим или отстающим.
Значение cos φ=1 как критерий точности настройки отчасти находится в зависимости от той части активных потерь нулевой последовательности, которая создается активными шунтами емкостных и индуктивных элементов схемы (1 на рис. 131). (Эта трудность отсутствует у регистрирующих компенсометров, имеющих два противоположных момента и используемых для измерения проводимости; как было показано ранее, необходимая поправка шкалы постоянна и зависит только от того, какую часть составляет проводимость дугогасящей катушки от суммарной проводимости нулевой последовательности.)
Рис. 326. Схема соединений двигатель-компенсометра.
Протекание значительного тока в управляющей обмотке при нулевом моменте нежелательно из-за термической устойчивости. В качестве способа ограничения этого тока можно осуществлять наложение тока насыщенного реактора, включенного соответствующим образом.
Подмагничивание реактора осуществляется общим вводимым током через полупроводниковый выпрямитель. Противоположный по фазе ток реактора обеспечивает саморегулирование вводимого тока.
Вспомогательный источник вместо двигатель-генератора может выполняться в виде масляного индукционного регулятора. Якорь регулятора не заторможен, но сцеплен с демпфером, лопасти которого вращаются в масле. Частота напряжения, индуктированного в медленно вращающемся роторе, несколько ниже частоты системы. Естественный небаланс системы вызывает медленные колебания якоря около положения равновесия. Если предусмотреть определенную зону нечувствительности, то эти колебания не будут передаваться валу регулируемой катушки.
Сообщалось, что в 1941 г. оборудование описанного типа было установлено в немецкой системе 15 кВ. Первые же испытания подтвердили хорошую точность и четкость его действия, но война приостановила дальнейшие работы. Автоматический регулятор, смонтированный в бакс позади непрерывно регулируемой обмотки, показан на рис. 327.
Особенно удачно выполнен регулятор типа «Реле», который для работы не требует реле и других приборов с подвижными контактами.
Автоматическая настройка по максимуму смещения нейтрали
Может оказаться, что в системе с воздушными линиями допустимо применение простого устройства, использующего естественное смещение нейтрали этой же системы. Если был бы найден способ удостовериться, что достигнут максимум смещения нейтрали, и если бы удалось определить требуемую подрегулировку при отклонении смещения от максимума, то для этого было бы вполне достаточно вторичного напряжения дугогасящей катушки. На рис. 328 показано устройство этого типа [Л. 10], которое использует соответствующее реле. Измерительной системой является индукционное реле напряжения с противодействующей пружиной, что является модификацией счетчика энергии; рабочая зона перекрывается 12 полными оборотами. Подвижный контакт, сцепленный с осью, не препятствует вращению оси. Для удобства неподвижные контакты могут быть разделены на действующие в сторону увеличения (плюс-контакты) и в сторону уменьшения (минус-контакты). Положение подвижного контакта фиксирует изменение напряжения нейтрали, т.е. его уменьшение или увеличение, а не его величину (малое или значительное напряжение).
Когда во время переключений точная настройка нарушается и напряжение нейтрали уменьшается, момент пружины становится больше электрического момента, диск приходит во вращение и замыкаются минус-коитакты. В этом случае срабатывает схема, содержащая различные промежуточные реле и контакторы. Двигатель запускается и вращается в нужном направлении. С заданной выдержкой срабатывает реле времени и осуществляет небольшую задержку в основном импульсе минус (понижение напряжения). Может случиться, что первая попытка подстройки системы была произведена в неправильном направлении; тогда автоматически осуществляется реверс двигателя. Если подвижный контакт тем временем переключается с минус-контакта на плюс-контакт (что и имеет место после реверса), то это доказывает, что регулирующее действие вызывает повышение напряжения нейтрали. При срабатывании плюс-контакта схема воздействует на запуск двигателя непрерывно (а не импульсно, как при срабатывании минус- контакта). В конце концов будет достигнут максимум; тогда пружина вернет диск в положение равновесия. Подвижный контакт разомкнет плюс — контакты, двигатель отключится, и схема вернется в исходное положение. Подстройка длится менее 1 мин.
Если система далека от точной настройки, чувствительный элемент схемы должен реагировать на небольшие напряжения смещения. Поэтому может быть желательно повысить вторичное напряжение дугогасящей катушки, например при помощи магнитного усилителя; но при этом надо принять меры защиты оборудования от напряжения полного смещения нейтрали во время замыкания на землю.
Во время замыкания на землю устройства автоматической настройки, конечно, должны быть заблокированы.
Если в системе имеется несколько автоматически управляемых точек, взаимного влияния их можно избежать применением выключателей с выдержкой времени и осуществлением работы отдельных компенсирующих катушек по очереди.
Это, однако, не всегда возможно. Части системы, оборудованные дугогасящими катушками, должны компенсироваться отдельно, чтобы при отделении их от всей системы компенсация сохранялась. Наконец, когда части системы становятся независимыми, необходимо устранять блокирующее действие выключателя с выдержкой времени.
Автоматически управляемые дугогасящие аппараты не должны включаться в устройство поперечной компенсации, собранное по схеме звезды, и не должны включаться последовательно с трансформатором поперечной компенсации. В противном случае это может повлиять на настройку другой системы и межсистемную компенсацию (см. § 5.3 гл. 6).