Jaunu DC strāvas pārtraukumu lietošana īsā ceļa defektu aizsardzībā
I. Ievads
Ar modernās informācijas tehnoloģiju straujo progresu, intelektualizācija kļuvusi par galveno tendenci rūpnieciskā aprīkojuma attīstībā. Augstsprieguma pārslēgumu jomā intelektualie spēkavārdieni — kā galvenie kontroles komponenti enerģijas sistēmās — veido automātizācijas un intelektualizācijas pamatu enerģijas sistēmās. Šajā pētījumā fokuss tiek veltīts intelektuālam DV spēkavārdienim, balstoties uz vienplākņa mikrodatoru (SCM) tehnoloģiju, uzsvērta tā praktiskā lietošana laikā reālā laikā notiek strāvas mācīšanā un defektu izbeigšanā kuģu DV elektrosistēmās. Kā papildinājums parastajam loku iznīcināšanas kamerai, šis spēkavārdiens ietver arī intelektuālu darbības sistēmu, defekta strāvas uztveres vienību un signālu apstrādes vienību, kas ļauj efektīvi risināt specifiskās prasības DV sistēmu aizsardzībai no defektiem.
II. Strāvas pārnešanas princips DV spēkavārdienos
Galvenais izaicinājums spēkavārdieniem DV sistēmās ir loku iznīcināšana. Saskaņā ar loku teoriju, lai iznīcinātu loku, nepieciešams strāvas nulles punkts. Tomēr DV sistēmas nav dabisku strāvas nulles punktu, kas padara loku iznīcināšanu īpaši grūtu.
Risinājums – Strāvas pārnešanas princips:
Ieviešot otrādus strāvas virzienus elektriskajā tīklā, tiek radīts mācīts strāvas nulles punkts, nodrošinot nepieciešamo nosacījumu loku iznīcināšanai. Konkrētais princips ir šāds:
|
Tīkla stāvoklis |
Komponentu darbība |
Strāvas maiņa un loku iznīcināšanas process |
|
Normālais stāvoklis |
Spēkavārdiens QF ir slēgts. |
Augstsprieguma DV piegādā strāvu slodzei caur QF, nodrošinot stabilu tīkla darbību. |
|
Defekta stāvoklis (A–B īslaicīga savienojuma) |
1. Strāva strauji palielinās (tempu nosaka L₁, L₂). |
1. Izraujuma strāva I₂ pretstatās sākotnējai strāvai I₁. |
III. Sistēmas dizains
(1) Mācīšanas modulis
Mācīšanas modulis darbojas kā elektroniskās darbības sistēmas kontrolsignālu avots, ļaujot reālajā laikā mācīt tīkla strāvas maiņas un sniedzot laikus un precīzu atbildi strāvas neatbilstībām.
Signālu apstrādes plūsma:
- Signālu iegūšana: Strāvas signāli tiek iegūti, izmantojot šuntu ar zemes līmeņa zemsprieguma terminālu (lai novērstu augstsprieguma impulsu iedarbību) un bezinduktīvo rezistanci (lai saglabātu strāvas amplitūdu un formu).
- Signālu apstrāde: Iegūtie sprieguma signāli (ar mazu amplitūdu un augstfrekvenču troksni) → Filtra shēma (trokšņa izņemšana) → Atsevišķa amplifikācijas shēma (izmantojot augstprecīzo lineāro optokopli HCNR201, primārās puses operācijas pastiprinātāju LM324, sekundārās puses operācijas pastiprinātāju OP07, darbojoties kā DC transformators) → Izmērs un glabāšana → A/D konvertēšana → Nosūtīt SCM.
- Defekta reakcija: Ja strāva pārsniedz atļautos robežas, SCM izdod atslēgšanas komandu un aktivizē signalizācijas dzelteni.
(2) Dati, apstrādāti SCM
Defekta novērtēšanas kritēriji:
- Normāls darbs: Strāvas pieauguma koeficients Kᵢ ≤ Kₘₐₓ, strāvas vērtība I ≤ Iₘₐₓ.
- Īslaicīgas saites defekts: Kᵢ > Kₘₐₓ, un I var strauji pārsniegt Iₘₐₓ.
Matemātiskais modelis un vienkāršota aprēķināšana:
No ΔU = ΔI · Rբ (šuntas rezistors),
Kᵥ = ΔU/Δt = Kᵢ · Rբ → Kᵢ = ΔU/(Δt · Rբ).
Priekšrocība: Pēc tam, kad Δt ir fiksēts, tikai nepieciešama ΔU starp diviem momentiem, lai aprēķinātu Kᵢ, izvairoties no plūstošā komata operācijām un būtiski samazinot atbildes laiku.
Defekta kritērijs: SCM novērtē defektu, ja Uᵢₙ > Uₘₐₓ vai ΔUᵢₙ > ΔUₘₐₓ.
(3) Antiinterferences pasākumi
Tā kā augstsprieguma, liela strāvas vide ar stipru elektromagnētisko interferenci, tiek pieņemts daudzmērīgs antiinterferences dizains:
|
Antiinterferences dimensija |
Konkrēti pasākumi |
Mērķis |
|
Ievades signāls |
Atsevišķa lineārā optokopla HCNR201 |
Atsevišķa kontroles sistēma no augstspēka tīkliem; samazina interferenci un palielina drošību. |
|
Signālu izvade |
SCM kontrolē optokopla pārslēgšanas vadītājus, lai pārvaldītu tiristorus izraujuma tīklā |
Drošina tikai signālu savienojumu; novērš augstsprieguma iedarbību uz kontroles sistēmu. |
|
Signālu priekškanālā |
Zemfrekvenču filtra shēma |
Bloķē RF, sprieguma frekvences un impulssignālu interferenci; uzlabo uzticamību. |
|
Programmatūras līmenis |
1. Savienoto digitālo filtru (median + kustīgā vidējā) |
Filtrē datus troksni, nodrošina komandu precizitāti un novērš programmas izkropļojumu. |
(4) Kopējais struktūras dizains
Darbības mehānisma – Divstāvokļa pastāvīgā magnīta mehānisma:
- Sastāvs: Slēgšanas/atveršanas spulles, pastāvīgie magnīti, kustīgais dzelzs magnēts (punktēts), korpus.
- Darbības tīkls: Spulles savienotas ar iepriekš uzlādētiem kondensatoriem (enerģijas avots) un tiristoriem, veidojot izraujuma tīklus.
- Darbības process: SCM signāls → pastiprināts transistoriem → kontrolē tiristoru vārtus → defekta gadījumā SMC nosūta atveršanas signālu → tiristors pārved → kondensators izraujas caur atveršanas spulli → dzelzs magnēts kustas → QF atveras. Slēgšana tiek manuāli kontrolēta, izmantojot pārslēgšanas vadītāju.
Strāvas pārnešanas tīkls (uzlabota struktūra):
- Uzlabojums: Aizstāj sprādzienveida pārslēgšanas vadītājus ar vakuumu pārslēgšanas vadītājiem (QF₂), samazinot laika dispersiju.
- Struktūras parametri: QF₁ un QF₂ vienādā attālumā no pivota O; rokas garums noteikts, balstoties uz konkrētiem parametriem.
- Defekta darbība: Pastāvīgo magnītu mehānisma energoapgāde → dzelzs magnēts kustas lejup → QF₁ atveras, QF₂ slēdzies → kondensators C izraujas → loka strāva QF₁ krusto nulles punktu → loks iznīcina.
IV. Sistēmas eksperiments
- Vide: Sintētiskais tīkla laboratorija, Elektrotehniskā institūta, Dalijanas Tehnoloģiju universitāte.
- Metode: Zemas frekvenču AC strāva simulu DV īslaicīgu saiti; otrāda strāva tiek ieviesta maksimālā strāvas punktā.
- Rezultāti:
- Strāvas forma caur QF₁ parāda, ka otrāda strāva tiek precīzi ieviesta laikā t₀.
- Otrāda strāva piespiež nulles punktu, sasniedz loku iznīcināšanu un veiksmīgi pārtrauc īslaicīgu saiti.
V. Secinājums
Eksperimenti pierāda, ka jaunais DV spēkavārdiens ar elektronisko darbības sistēmu veiksmīgi pārtrauc īslaicīgu saiti DV elektrosistēmās, ar apmierinošiem rezultātiem. Šis risinājums var plaši tikt pielietots īslaicīgu saitu aizsardzībā DV sistēmās, piemēram, kuģos, metro, DV elektrolīzē un elektrokurpeņos.
Kernējās sistēmas īpašības:
- Reālā laika veiktspēja: SCM balstīta iegūšana ļauj reālā laikā mācīt, ar stipru kontrollējamību un minimālu laika dispersiju.
- Ātra reakcija: Vienkāršoti algoritmi izvairās no plūstošā komata operācijām, samazinot atbildes laiku, lai ātri uztvertu defektus.
- Uzticamība: Divstāvokļa pastāvīgo magnītu mehānisma samazina mehāniskos defektus un saīsina atveršanas laiku; uzlabota struktūra nodrošina sinhronizāciju starp pārtraukšanas un pārnešanas darbībām.
Šajā pētījumā piedāvātais intelektuālais DV spēkavārdiens piedāvā augstu praktisko vērtību un solīdžošas lietošanas perspektīvas, atbilstot mūsdienu DV elektrosistēmu intelektuālā aizsardzības aprīkojuma steidzamajai prasībai.
