Введение к работе
Актуальность теки. Для предотвращания возникновения аварий и быстрого отключения поврежденного участка электрические сети снабжаются автоматически действующей токовой защитой (ТЗ). Для снижения вероятности отказов при коротких замыканиях (КЗ) и перегрузках все устройства защиты при установке на распределительных щитах, в процессе эксплуатации, а также после ремонта нуждаются в контроле работоспособности. Однако регламент проведения испытание аппаратов ТЗ, как правило, не соблюдается, что связано с отсутствием или недостаточные количеством устройств для проверю! тиковой защиты (УПТЗ), Особенно остро эта ситуация проявляется в судовой электроэнергетике, проверку аппаратов ТЗ которой необходимо проводить переносными, а не стационарными УПТЗ. Недостаточное распространение УПТЗ в значительной мере связано с тем, что они не обеспэчивают нужную точность результатов испытаний.
В силовую часть применяемых в настоящее время УПТЗ входит понижающий однофазный трансформатор, ко вторичной обмотке которого подключается проверяемый аппарат, а также автотрансформатор, или переменный резистор, с помощью которых устанавливается требуемое значение испытательного тока.
При чспытании с помощью таких УПТЗ аппаратов ТЗ в зоне перегрузки возникает погрешность определения тока срабатывания, связанная о нестабильностью испытательного тока, вызываемой увеличением из-за нагрева сопротивлений токоведущих частей УПТЗ, проверяемого аппарата и соединительных кабелей, а также изменения напряжения и частоты соте. Другой недостаток заключается в том, что для обеспечзния прохожд-зния через аппарат наперед заданного значения непитательного тока необходимо еще одно, предварительное, включение УПТЗ для регулирования этого значения вручную, іір большая погрешность а также значительный (в пределах от 1003 до 2005?.) разброс максимального значения испытательного тока имеют место пр:1 испытании ТЗ в зоііо токовой отсечки, что обусловлено наличием быстрозатухающей свободной составляющей испытательного тока, начальное значение которой имеет случайный характер, зависит от момента подключения цепи испьггательного тока к источнику и коулт достигав амплитудного значения принужденной составляли^ з'лугс
тока.
Очевидно, что для поьыиения точности р'.зультатоз не.т/.г:::лй
необходимо использовать автоматическое управло'-г,!^ 1:е:рг:и.1-ип>л:-::
током. При этом в качестве исполнительного устройства системы автоматического управления целесообразна применить имевший широкое распространслле в электропривода тиристорний регулятор напряжения (два встречно-параллельно включенных тиристора),тем более, что в состав современна УПТЗ уме входах тиристоры, выполняющие функции бесконтактного ключа.
Простейши;" вариант управляемого УПТЗ, в котором силовая часть традиционного неуправляемого УПТЗ дополнена тиристорним регулятором напр-^ения непригоден для проведения испытаний ТЗ, так как испытательный ток этого УПТЗ сильно искажен, а в соответствии с техническими условиями некоторых аппаратов Т3,в частности, воздушных автоматических выключателей с электромагнитными расцепите-лями, их испытания следует прозо.цить практически синусоидальным током. Следовательно, силовая часть УПТЗ должна быть дополнена фильтром. Необходимо выбрать структуру и параметры фгчьтра, обеспечивающего приемлемую величину коэффициента гармоник испытательного тока и'пригодные для перекосного исполнения массо-габаритные показатели УПТЗ
Не менее важным является определение параметров регулятора испытательного тока, который долкен обеспечить протекание переходного процесса испытательного тока при включении УПТЗ арактически без перерегулирования и его завершение за время одного-двух аслу-периодов питающего напряжения, с тем, чтобы УіТТЗ стал пригодным для испытания аппаратов ГГЗ в зоне отсечки.
Слокік'сть решения этой задачи определяется тем, что УПТЗ предназначен для испытаний разнообразных аппаратов, имеющих весьма широкий диапазон параметров их электрической цепи и тргбу.ощих изменения .-^питательного тока в пределах от десятков до нескольких т;;сяч ампер. Поотому регулятор испытательного тока должен адаптироваться у изменению параметров силовой части УПТЗ и компенсировать нелинейность ее характеристик.
Таким образом, исследовлчие я технические разработки, которым посвящена диссертация, направлены на решение ватт ой прикладной задачи - создание УПТЗ, удовлетворяющего требованиям к проведению испь"'ани!* разнообразных аппаратов ТЗ.
Эти исследования проводячись в соответствии с планами хоздоговорных и госбвда;етн:-'( НИР Дальневосточного государственного технического университета.
Целью работы является разработка и исследование автоматичес-
ки управляемого УІІТЗ, обеспе^жзаюцего наперед заданное значение испытательного.така с широким диапазоном регулирования Гфи практически синусоидальной фоте этого -тока, о высоким быстродействием, не превышающим о^ин-два пол^иериода напряжения питания, и без заметного перерегулирования при отработке ступенчатого задающего сигнала.
Поставленная цель достигается в работе решением следующих научно-технических задач:
выбора структуры и определения параметров силовой и управляющих частей УПТЗ, .беспечивающих практически синусоидальную форму испытательного тока в широком диапазоне ого изменения и требуемое качество переходного лроцесса;
разработки математик з ских моделей силовой части УШ'З.описы-вающих переходный и установившийся режимы в кім и позволяющих определить параметры переходного процесса и форму испьггательного тока;
экспериментального исследования автоматического управляемого
УПТЗ во всем диапазоне изменения Заданных значений испьтательного тока и параметров электрической цепи испытываемых аппаратов ТЗ;
разработки методики ,для проектирования системы автоматического управления УПТЗ.
Мет^-чы исследования. Решение поставленных задач базируется на основньг методах теї ретг теской электротехники и теории управления. Решение диф зренциальных уравнений иыполнено с помощью преобразования Лапласа. При разработке инженерной методики расчета и синтезе регулятора тока УПТЗ использованы методы гармонической линеаризации и метод графов. Для проверки адекватності'; математической модели использованы методы физического и цифрового моделирования, метрологии, элементы численного анализа и математической обработки результатов.
Научная новиана заботы заклгпгается в следующем:
показано, что для ос5еспечения формы испытательного тока и трвбуемой -точности результатов испытания ТЗ УПТЗ должно бьггь выполнено в виде индуктивно-емкостного управляемого, трансформирующего устройства (ИЕУТУ);
разработаны алгоритмі1, анализа цепи переменной структуры, которой является СИЯ02ЗД часть ИЁУТУ, ориентированные на применение
ПЭВМ; „п тг
изучены неизвестные ранеь характеристики ИЕУТУ, найдены зависимости коэффициентов формы и гармоник испытательного тока от
параметров цепи нагрузки ИЕУТУ;
установлены характеристики звена, корректирующего нелинейность ЙОТУ;
предложено апроксимировать силову» часть ИЕУТУ как звено чистого запаздывания и синтезировать регулятор испытательного тока в виде пропорционально-интегрального регулятора переменной структуры.
Практическая ценность. В диссертации разработаны:
предназначенное для работы в качестве УПТЗ ИЕУТУ, обеспечивающее на выходе практически синусоидальный ток;
блок управления тиристорами, исключ&Ощий аварийный однополу-периодный режим работы тиристорного коммутатора при индуктивном характере нагрузки;
регулятор тока и нелинейное корректирующее устройство, обеспечивающие высокое качество переходного процесса;
устройство защиты индуктивно-емкостного преобразователя от перенапряжений, возникєюіцих при обрыве цепи нагрузки;
созданы методики проектирования всех перечисленных блоков и устройств и методика метрологической аттестации УПТЗ.
Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты, полученные в диссертационной работе, использованы при изготовлении УПТЗ, которое внедрено в АО "Дальавтоматика". За время эксплуатации УПТЗ проведено более 300 испытаний судовых аппаратов ТЗ.
На Владивостокском предприятии "&ра" началась подготовка к мелкосерийному производству УШ'З, разработанных на кафедре электрооборудования и автоматики судов ДВГТУ при участии автора. Такое УПТЗ под названием Исток-1 рассчитано на испытательный ток 1000 А, а под названием Исток-2 - на испытательный ток 10000 А.
На основе УПТЗ на кафедре электрооборудования и автоматики судов ДЗГТУ изготовлен лабораторный стенд, который используется для подготовки научных кадров и в учебном процессе для изучения как УПТЗ, так и аппаратов токовой защиты. Методики анализа ц проецирования УПТЗ использованы в 8 дипломных проекта выпускников ДВГТУ и ДОГМА им. Г.И. Невельского.
Степень достоверности результатов. При проведении экспериментальных исследований использованы общепринятые методы измерения основных электрических величин. Проведенные службой стандартизация, и метрологии ДВГТУ оценки погрешностей подтверадагот достовер-
ность экспериментальных данных. Предельные относительные погрешности не превышают 4 %.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на следующих семинарах и конференциях: XXXII Всесоюзная межвузовская научно-техническая конференция ТОВВМУ им. СО. Макарова (Владивосток, 1989); конференция "Энергетическая электроника на транспорте" (Севастополь, 1990); Всесоюзная школа-семинар "Диагностирование, надежность, неразрушающий контроль электронных устройств и систем" (Владивосток, 1990); конференции профессорско-преподавательского состава ДВГТУ (Владивосток, 1991-93).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, выпущен один отчет по НИР, получено одно положительное решение на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка литература из 103 наименований и 8 приложений. Основная часть работы изложена на 131 странице машинописного текста, содержит 47 рисунков, 3 таблицы.
