Примена на нови DC превключувачи во заштитата од краткосрочни коротки спојови
I. Вовед
Со брзим напредок на савремената информатичка технологија, интелигенцијата станала главна тенденција во развојот на индустријалната опрема. Во областа на високонапонските превключувачи, интелигентните прекинувачи - како критички контролни компоненти во електроенергетските системи - формираат основата за аутоматизација и интелигенција во електроенергетските системи. Ова истражување се фокусира на интелигентен DC прекинувач базиран на технологија на јазичаст микропроцесор (SCM), со акцент врз неговата практична примена во реално време за мониторинг на струјата и прекин на грешките во DC системите за заедничко снабдување. Покрај конвенционален амортисатор, овој прекинувач вклучува интелигентен оперативен систем, јединица за детекција на грешките во струјата и јединица за процесирање на сигнали, што му овозможува да ефективно се справи со специфичните барања за заштита од грешки во DC системите.
II. Принцип на пренос на струја во DC прекинувачите
Коренот на предизвикот за прекинувачите во DC системи е угашувањето на дуга. Според теоријата на дуга, за нејзино угашување потребен е нул-пресек на струјата. Меѓутоа, DC системите немаат природен нул-пресек, што прави угашувањето на дугата извонредно тешко.
Решение - Принцип на пренос на струја:
Вооведувајќи обратна струја во кружницата, се создава усебен нул-пресек, што обезбедува потребната условност за угашување на дугата. Конкретниот принцип е следново:
|
Стан на кружница |
Функционирање на компоненти |
Промена на струјата и процес на угашување на дугата |
|
Нормално состојба |
Прекинувачот QF е затворен. |
Високонапонска DC енергија снабдува оптерот преку QF, осигурувајќи стабилно функционирање на кружницата. |
|
Грешка во состојбата (A–B кратко поврзување) |
1. Брзо зголемување на струјата (брзината зависи од L₁, L₂). |
1. Исипнувањето на струјата I₂ противостои на оригиналната струја I₁. |
III. Дизајн на системот
(1) Модул за мониторинг
Модулот за мониторинг служи како извор на контролни сигнали за електронскиот оперативен систем, овозможувајќи реално време мониторинг на промените на струјата во кружницата и своевремено, точко одговорување на аномалии во струјата.
Поток на процесирање на сигнали:
- Акумулација на сигнали: Сигналите на струјата се собираваат преку шунт со подземен нисконапонски терминал (за да се спречи интерференцијата од импулсни високи напони) и неиндуктивна резистивност (за да се запази амплитудата и формата на струјата).
- Прецесирање на сигнали: Акумулираните сигналите на напон (мала амплитуда со високочестотна шум) → Филтерска кружница (елиминација на шум) → Изолационна амплификационска кружница (користејќи високопрецизен линеарен оптички куплер HCNR201, оперативен усилувач LM324 на первичната страна, оперативен усилувач OP07 на вторичната страна, делувајќи како DC трансформатор) → Узорковање и задржување → A/D конверзија → Послато до SCM.
- Одговор на грешка: Ако струјата надмине дозволените границе, SCM испраќа командата за прекин и активира алармен звук.
(2) Обработка на податоци од SCM
Критериуми за судење за грешка:
- Нормална работа: Брзината на зголемување на струјата Kᵢ ≤ Kₘₐₓ, вредноста на струјата I ≤ Iₘₐₓ.
- Грешка од кратко поврзување: Kᵢ > Kₘₐₓ, и I може брзо да надмине Iₘₐₓ.
Математички модел и поедноставено пресметување:
Од ΔU = ΔI · Rբ (резистивност на шунт),
Kᵥ = ΔU/Δt = Kᵢ · Rբ → Kᵢ = ΔU/(Δt · Rբ).
Преимак: После фиксирање на Δt, само ΔU помеѓу две моменти е потребно за пресметување на Kᵢ, што ги избегнува операциите со пловејчи точки и значително го намалува времето на одговор.
Критериум за грешка: SCM суди дека постои грешка кога Uᵢₙ > Uₘₐₓ или ΔUᵢₙ > ΔUₘₐₓ.
(3) Мерки против интерференција
Збогот на високонапонската, високострујна околина со силна електромагнетна интерференција, се користи многодимензионален дизајн против интерференција:
|
Димензија на интерференција |
Специфични мерки |
Цел |
|
Улазен сигнал |
Изолација преку линеарен оптички куплер HCNR201 |
Изолира контролниот систем од високомоќните кружници; потиснува интерференцијата и го подобрува безбедноста. |
|
Излезен сигнал |
SCM контролира оптичките куплери за управување со тиристорите во кружницата за исипнување |
Обезбедува само врска со сигнал; спречува ефектите на висока струја на контролниот систем. |
|
Претходен канал на сигнал |
Филтерска кружница со нископропускачка |
Блокира RF, честота на енергија и пулсна интерференција; подобрува надежноста. |
|
Софтверско ниво |
1. Комбинирана цифровна филтрација (медијана + поместување на просек) |
Филтрира шумот на податоците, обезбедува точност на командите и спречува побегувањето на програмата. |
(4) Општо структурно дизајн
Механизам за функционирање - Бистабилен перманентен магнетен механизам:
- Состав: Затворени/отворени катушечки, перманентни магнети, движечки железен јадро (тачкесто), куќиште.
- Функционирачки кружник: Катушки серии поврзани со преднатоварени кондензатори (извор на енергија) и тиристори формираат кружници за исипнување.
- Процес на дејство: Сигнал од SCM → амплифициран од транзистори → контролира вратата на тирисорите → при грешка, SMC испраќа сигнал за отварање → тирисорот проводи → кондензаторот се исипува преку катушката за отварање → железниот јадро се движи → QF се отвара. Затворањето е рачно контролирано преку превключувач.
Кружница за пренос на струја (подобрен структурен дизајн):
- Подобрување: Заменување на превключувачите со искрени прозорци со вакуумски превключувачи (QF₂), намалувајќи временската дисперзија.
- Структурни параметри: QF₁ и QF₂ се на еднакво растојание од центар O; должините на рамните се одредени според специфични параметри.
- Дејство при грешка: Перманентниот магнетен механизам се енергира → железниот јадро се движи надолу → QF₁ се отвара, QF₂ се затвора → кондензаторот C се исипува → струјата на дугата во QF₁ пресекува нулата → дугата се угаснува.
IV. Експеримент со системот
- Околина: Лабораторија за синтетички кружници, Институт за електроника на енергијата, Универзитетот во Далиан.
- Метод: Нискочестотна AC струја симулира зголемување на DC кратко поврзување; обратна струја се воведува на врвната струја.
- Резултати:
- Волната форма на струјата која минува низ QF₁ покажува точно воведување на обратна струја на t₀.
- Обратната струја го пресекува нулата, постигнува угашување на дугата и успешно прекинува струјата од кратко поврзување.
V. Заклучок
Експериментите демонстрираат дека новиот DC прекинувач со електронски оперативен систем успешно прекинува струјата од кратко поврзување во DC системите за заедничко снабдување, со задоволителни резултати. Ова решение може широко да се примени во заштита од кратко поврзување во DC системи како што се кораби, метро, DC електролиза и електрични печи.
Основни карактеристики на системот:
- Реално време: Акумулацијата на основе на SCM овозможува реално време мониторинг со силен контрол и минимална временска дисперзија.
- Брз одговор: Поедноставени алгоритми избегнуваат операции со пловејчи точки, намалувајќи времето на одговор за брза детекција на грешки.
- Надежност: Бистабилниот перманентен магнетен механизам намалува механичките грешки и скратува времето на отварање; подобрената структура обезбедува синхронизација меѓу операциите на прекин и пренос.
Предложеното решение за интелигентен DC прекинувач во ова истражување нуди висока практична вредност и обетувачки применети перспективи, задоволувајќи насоковната потреба за интелигентна опрема за заштита во современите DC системи за енергија.
