Экспериментальные исследования мгновенных значений частоты промышленного напряжения в электрических сетях различных энергосистем Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

сигнал на входе компаратора высокого уровня 9 превысит порог его срабатывания, соответствующий максимально допустимому значению тока при таком характере нагрузки. В этом случае превышение амплитуды основной гармоники выше максимально допустимого значения, рассчитанного для конкретного типа машины, вызывает срабатывание компаратора максимального значения 9, на выходе которого образуется сигнал высокого уровня.

В том случае, когда генератор работает на активно-индуктивную нагрузку, появление витковых замыканий в обмотке якоря приведёт к уменьшению основной гармоники, выделенной фильтром 6 ниже минимально допустимого значения, соответствующего максимально допустимому значению тока при таком характере нагрузки, что вызовет срабатывание компаратора минимального значения 10 и образование на его выходе сигнала высокого уровня.

В случае наличия хотя бы одного сигнала высокого уровня на входах блока фиксации аварийных режимов работы 8, который представляет собой логическую схему ИЛИ, на его выходе также образуется сигнал высокого уровня, что является для устройства формирования сигнала защиты 11 командой для формирования сигнала на гашение поля в систему возбуждения 13 и на катушку отключения нагрузки 12, после чего происходит полный останов машины.

Для настройки порогов срабатывания компараторов 7, 9, 10, соответствующим максимально и минимально допустимому значению основной гармоники

Ростовский военный институт ракетных войск

индукции ВМП при различных характерах нагрузки для конкретного типа машины используется известная математическая модель [2]. Учёт характера нагрузки осуществляется при расчёте порогов срабатывания компараторов 7, 9, 10 путём ввода в формулу для расчёта амплитудного значения радиальной составляющей основной гармоники индукции на поверхности корпуса машины уравнения, связывающего величину индукции в воздушном зазоре и линейную токовую нагрузку [3].

Таким образом данное устройство позволяет контролировать техническое состояние обмоток в процессе функционирования на реальную нагрузку с учётом её характера и выявлять витковые замыкания на ранних стадиях их возникновения.

Литература

1. Епремян А.В., Руденко Н.В., Семергей С.В. Использование внешних магнитных полей электротехнических устройств для диагностики их технического состояния // Методы менеджмента качества. 2000. Декабрь. С. 17-19.

2. Епремян А.В. К вопросу диагностирования синхронных машин по их внешнему магнитному полю // Изв. вузов. Электромеханика. 1999. № 4. С. 7-9.

3. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.,

1980.

19 января 2005 г.

УДК 621.317.7

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ЧАСТОТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

РАЗЛИЧНЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМ

© 2005 г. В.Ф. Ермаков, В.С. Федоров

Широко известны схемы цифровых частотомеров [1, 2], а также датчиков частоты [3], используемых в устройствах противоаварийной автоматики энергосистем, в частности, в устройствах автоматической частотной разгрузки, а также в устройствах контроля частоты на щитах управления электростанций и подстанций. Однако они не могут использоваться для контроля мгновенных значений частоты из-за низкого быстродействия. Не могут также использоваться для этой цели, например, методы контроля параметров радиосигналов, предложенные в [4], поскольку они не рассчитаны на контроль низкочастотных сигналов промышленного напряжения 50 Гц.

При разработке многофункционального устройства для контроля параметров частоты на базе

AVR-микроконтроллеров в устройство была заложена возможность фиксации мгновенных значений частоты промышленного напряжения в сетях 50 Гц на интервале 2,56 с. При этом в памяти устройства размещаются значения частоты за 128 периодов. После выполнения замера указанная информация считывалась в персональный компьютер (ПК) типа IBM PC и подвергалась дальнейшей обработке.

С 24 января по 14 апреля 2005 г. было получено 43 регистрограммы. Далее приведены наиболее характерные из них.

В таблице представлены результаты измерений, проведенных в электрических сетях различных энергосистем.

Таблица

Номер отсчета НчГРЭС РДУ Ростовская ТЭЦ-2 г. Пенза ТЭЦ-1 г. Пенза ЖД г. Самара СГТУ г. Краснодар

1 2 3 4 5 б 7 8

0 49,988 49,988 49,985 49,998 49,978 49,995 50,023

1 49,990 49,975 49,988 49,995 49,980 49,998 50,018

2 49,988 49,970 49,988 49,995 49,990 49,993 50,015

3 49,990 49,970 49,985 49,998 49,983 50,000 50,013

4 49,990 49,993 49,983 49,995 49,985 49,993 50,010

5 49,993 49,963 49,990 49,998 49,978 49,998 50,015

б 49,988 49,978 49,985 49,993 49,978 49,995 50,018

7 49,990 49,975 49,988 49,998 49,983 49,998 50,018

8 49,990 49,995 49,990 49,993 49,985 49,995 50,020

9 49,990 49,968 49,993 50,000 49,985 49,995 50,013

10 49,988 49,980 49,988 49,993 49,980 49,998 50,018

11 49,985 49,973 49,990 50,000 49,978 50,000 50,015

12 49,988 49,970 49,988 49,993 49,985 49,993 50,018

13 49,990 49,975 49,988 50,000 49,985 49,995 50,018

14 49,988 49,978 49,988 49,990 49,985 49,995 50,018

15 49,980 49,970 49,988 50,000 49,983 49,998 50,015

16 49,985 49,983 49,985 49,993 49,983 49,993 50,015

17 49,993 49,965 49,988 50,000 49,978 49,995 50,013

18 49,995 49,980 49,988 49,993 49,975 49,995 50,018

19 49,988 49,983 49,988 49,998 49,988 50,000 50,010

20 49,990 49,963 49,990 49,993 49,985 49,995 50,018

21 49,988 49,970 49,990 50,000 49,985 49,995 50,018

22 49,988 49,973 49,990 49,993 49,985 49,995 50,020

23 49,990 49,973 49,990 50,000 49,978 50,008 50,015

24 49,993 49,978 49,990 49,995 49,988 49,990 50,018

25 49,985 49,980 49,990 50,000 49,983 49,998 50,015

26 49,993 49,988 49,983 49,993 49,985 49,998 50,018

27 49,983 49,958 49,988 50,003 49,980 50,000 50,005

28 49,995 49,988 49,985 49,993 49,983 49,998 50,020

29 49,990 49,968 49,985 50,000 49,980 50,000 50,018

30 49,988 49,968 49,983 49,995 49,975 49,998 50,063

31 49,988 49,978 49,988 49,995 49,975 49,995 49,845

Продолжение таблицы

1 2 3 4 5 6 7 8

32 49,993 49,970 49,990 49,995 49,988 49,998 50,018

33 49,993 49,975 49,990 49,998 49,985 50,000 50,020

34 49.988 49,993 49,993 49,995 49,978 49,990 50,018

35 49.985 49,965 49,993 49,998 49,978 49,998 50,020

36 49.990 49,980 49,990 49,995 49,980 50,000 50,018

37 49.990 49,968 49,990 49,998 49,983 49,998 50,020

38 49,993 49,988 49,988 49,998 49,978 49,998 50,015

39 49,988 49,973 49,983 49,995 49,980 49,998 50,023

40 49.993 49,975 49,988 49,995 49,980 49,998 50,015

41 49.995 49,985 49,985 49,998 49,975 49,998 50,020

42 49.988 49,975 49,983 49,998 49,978 50,000 50,013

43 49.995 49,963 49,985 49,995 49,978 49,995 50,015

44 49.998 49,973 49,990 49,995 49,993 50,000 50,018

45 49,988 49,975 49,990 49,980 49,985 49,993 50,023

46 49,980 49,975 49,990 50,003 49,975 49,998 50,023

47 49.988 49,983 49,988 49,995 49,973 49,998 50,018

48 49.995 49,973 49,988 50,003 49,980 49,998 50,015

49 49.990 49,970 49,985 49,995 49,983 49,998 50,018

50 49.988 49,983 49,990 50,000 49,983 50,000 50,015

51 49,985 49,940 49,983 49,993 49,985 49,995 50,020

52 49,995 49,990 49,983 50,003 49,985 50,000 50,018

53 49.995 49,980 49,985 49,995 49,980 49,998 50,018

54 49.985 49,980 49,988 50,003 49,978 50,000 50,018

55 49.988 49,970 49,980 49,993 49,983 49,995 50,020

56 49.993 49,983 49,985 50,000 49,983 50,000 50,018

57 49.990 49,983 49,983 49,995 49,985 50,000 50,015

58 49,985 49,973 49,988 50,000 49,980 50,000 50,015

59 49.993 49,978 49,985 49,993 49,980 49,995 50,020

60 49.990 49,973 49,988 50,000 49,985 49,998 50,023

61 49.990 49,973 49,985 49,995 49,973 50,000 50,023

62 49.985 49,983 49,983 50,003 49,988 49,995 50,018

63 49,998 49,975 49,988 49,995 49,983 49,998 50,015

64 49,988 49,973 49,985 49,998 49,980 49,998 50,018

65 49,985 49,973 49,983 49,995 49,978 50,000 50,013

66 49.985 49,983 49,988 50,003 49,980 49,998 50,020

67 49.988 49,975 49,983 49,998 49,978 49,998 50,018

Продолжение таблицы

1 2 3 4 5 6 7 8

68 49,998 49,970 49,983 50,000 49,988 50,000 50,020

69 49,993 49,975 49,985 49,995 49,988 49,998 50,015

70 49,983 49,978 49,985 50,000 49,980 49,995 50,018

71 49,988 49,978 49,985 49,995 49,980 49558 50,013

72 49,985 49,980 49,985 50,000 49,988 49,998 50,018

73 49,988 49,968 49,985 19,995 49,995 50,000 50,015

74 49,990 49,978 49,988 50,000 49,988 49,995 50,023

75 49,993 49,970 49,985 49,998 49,978 50,000 50,018

76 49,985 49,983 49,988 50,000 49,978 49558 50,023

77 49,983 49,973 49,985 49,995 49,973 50,000 50,018

78 49,998 49,980 49,988 50,000 49,983 49,998 50,015

79 49,990 49,973 49,985 19,998 49,975 50,003 50,015

80 49,983 49,983 49,983 19,998 49,985 49,995 50,015

81 49,988 49,980 49,983 19,995 49,988 50,003 50,018

82 49,983 49,978 49,983 19,998 49,980 49598 50,018

83 49,993 49,983 49,983 19,998 49,975 49558 50,015

84 49,988 49,968 49,983 19,998 49,983 49558 50,015

85 49,990 49,983 49,985 50,000 49,983 49,995 50,013

86 49,983 49,968 49,988 19,995 49,985 49598 50,015

87 49,998 49,973 49,988 50,000 49,985 19598 50,018

88 49,993 49,973 49,988 19,993 49,983 49,995 50,018

89 49,990 49,970 49,988 19,998 49,980 49598 50,020

90 49,980 49,980 49,985 19,995 49,983 49598 50,015

91 49,990 49,980 49,983 50,000 49,983 49598 50,018

92 49,985 49,973 49,980 19,990 49,980 49,995 50,015

93 49,998 50,025 49,983 50,000 49,990 49,995 50,018

94 49,985 49,945 49,983 19,995 49,978 19558 50,013

95 49,985 49,965 49,983 50,000 49,970 49558 50,018

96 49,983 49,973 49,983 19,995 49,983 49558 50,015

97 49,993 49,980 49,988 50,000 49,980 49553 50,023

98 49,993 49,978 49,985 19,993 49,985 49598 50,015

99 49,995 49,975 49,988 50,000 49,983 49,995 50,015

100 49,990 49,968 49,985 19,993 49,983 50,000 50,013

101 49,988 49,963 49,985 19,998 49,980 49558 50,015

102 49,985 49,978 49,985 19,993 49,983 49558 50,020

103 49,993 49,980 49,983 50,000 49,980 49553 50,020

Окончание таблицы

1 2 3 4 5 6 7 8

104 49,990 49,978 49,985 49,993 49,993 49,995 50,018

105 49,990 49,975 49,985 50,000 49,985 49,998 50,018

106 49,980 49,978 49,980 49,995 49,978 49,995 50,013

107 49,983 49,978 49,980 50,000 49,975 49,993 50,023

108 49^95 49,973 49,980 49,995 49,983 49,995 50,013

109 49,998 49,975 49,983 50,000 49,983 49,995 50,020

110 49,978 49,978 49,985 49,998 49,975 49,998 50,015

111 49,985 49,970 49,988 50,000 49,983 49,998 50,018

112 49,993 49,978 49,988 49,998 49,978 49,995 50,018

113 49,998 49,978 49,988 50,000 49,973 49,998 50,018

114 49,980 49,980 49,985 49,998 49,990 49,998 50,015

115 50,005 49,975 49,988 50,003 49,975 49,995 50,015

116 49,975 49,978 49,983 49,995 49,978 49,995 50,013

117 49,990 49,988 49,985 49,998 49,988 49,998 50,020

118 49,995 49,973 49,983 49,998 49,980 49,998 50,020

119 49 ,993 49,980 49,983 50,000 49,975 49,998 50,020

120 49,983 49,975 49,985 49,998 49,978 49,998 50,018

121 49,990 49,975 49,983 49,998 49,985 49,998 50,015

122 49,985 49,975 49,985 49,998 49,983 49,998 50,020

123 49,995 49,985 49,985 49,998 49,985 49,993 50,018

124 49,998 49,973 49,980 50,000 49,975 49,998 50,020

125 49,990 49,980 49,985 49,995 49,975 49,995 50,015

126 49,980 49,975 49,985 50,000 49,983 49,998 50,015

127 49,988 49,985 49,985 49,998 49,983 49,995 50,018

На рис. 1 приведены графики реализации частоты, построенные по данным таблицы.

Рассмотрение полученных реализаций как функций ф = /с(4 где / - частота сети, позволяет сделать вывод о наличии в функции ф гармонических составляющих ряда Фурье. Используя математический пакет МаШСАБ 2000, для каждой реализации получили спектральное разложение в ряд Фурье, представленное на рис. 2 (в качестве периода основной частоты принята длительность реализации Т = 2,56 с, по оси абсцисс указаны номера гармоник, по оси ординат - их действующее значение, имеющее размерность Гц).

50,015-1

50,010

50,005

50,000

49,995

49,990

49,985

49,980 49,975

jjpSMWjjW

гтттттттттттттттгттттттттттт-ттттттттттттттттттттттттт^ гтттттттттггттттттттттттттттттттп

49,970

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 ЭО 95 100 105 110 115 120 125

а) Отсчеты

50,020 50,010

50,000 49,990

49,980 49,970

49,960 49,950

49,940 -I

........................................................................................................

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 1 10 115 120 125

б)

Отсчеты

50,015

50,010 50,005

50,000 49,995

49,990

49,985

49,930

49,975 49,970

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125

Отсчеты

в)

50,015 50,010 50,005 50,000 49,995 49,990 49,985 49,980 49,975 49,970

I I

I I

WJ Г 'I

I I I III I и 11

I

miiViMM

I I I II I

l'T"V 1

ililllll I

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 1 10 115 120 125

г) Отсчеты

Рис. 1. Регистрограммы мгновенных значений частоты. Данные таблицы из графы: а) - 2; б) - 3; в) - 4; г) - 5; д) - 6; е) - 7; ж) - 8 (см. также стр. 29)

50.015

Я

^ 50.010 л

g 50,005 Н

Ü 50,000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 ЭО 95 100 105 1 10 115 120 125

Отсчеты

д)

£ 50,015

н о н

л

49,975

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 1 10 115 120 125

Отсчеты

е)

£ 50,080

50,070

л н о

Ö 50,060

СП

50,050

50,040

50,030 50,020

50,010

50,000

49,990

\Aa¡

Vi"'¡íy5¡i!¡i

........................................

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 1 10 115 120 125

Отсчеты

ж)

Рис. 1. Окончание

0.002

kl

0.001

ППлПпЛпп .нпИпППппУ J. 1 Mim iIULL. пПпП^ПпП.ПпПпПп II

О 2 4 6 8 10 12 14 16 IS 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 30 52 54 56 38 60 62

а)

0.002

kl

link

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 3 0 32 3 4 3 6 3 8 40 42 44 46 48 30 32 34 36 38 60 62

б)

0.002

И-ПпппПП, Ii гп^ППП^^ПпШП^ППпПППпППшПгП^ОГ пЛ_1ПП(Пп1Пп[1пПп1.п1пП1Пп1П„П ,

kl

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 3 0 32 34 36 38 6 0 62

в)

kl

0.002

kl 0.001

JM

L±l

LOJU

DJl

Ifln

П-ХП

lilflliln^n

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 2 8 3 0 32 3 4 3 6 3 8 40 42 44 46 48 30 32 34 36 38 60 62

I

д)

Рис. 2. Разложение в ряд Фурье, при расчете коэффициентов которого использованы данные таблЬтоз из графы: а) - 2; б) - 3; в) - 4; г) - 5; д) - 6; е) - 7; ж) - 8 (см. также стр. 31)

kl

ПпПппПпППпП„ЯпПп*ПпПпПиПпГк11

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 3 8 40 42 44 46 48 J0 52 54 56 J8 60 62

е)

0.002 Cj

kl

■

т

О 2 4 6 8 10 12 1 4 16 18 20 22 24 26 2 8 3 0 32 3 4 3 6 3 8 40 42 44 46 48 50 52 54 56 38 60 62 v I.

ж)

Рис. 2. Окончание

Литература

1. ЕрмоловР.С. Цифровые частотомеры. Л., 1973. 3. Розенблюм Ф-М. Из^ительнж °ргшы проги^ашрий-

2. Измерения в электронике: Справочник / В.А. Кузнецов, ной автоматики жергоотстаи. М., 1981.

В.А. Долгов, В.М. Коневских и др.; Под ред. В.А. Куз- 4 Павленко Юф., Шпаньт П.А. Измерение шр^етрот

нецова. М., 1987.

частотно-модулированных колебаний. М., 1986.

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

28 апреля 2005 г.