RU112527U1

RU112527U1 - DEVICE FOR PROTECTING THE CONTROLLED BYPASS REACTOR FROM EARTH CIRCUITS

Info

Publication number: RU112527U1
Application number: RU2011134324/07U
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Ивакин; Андрей Андреевич Магницкий
Original assignee: Открытое Акционерное Общество Холдинговая Компания "Электрозавод" (Оао "Электрозавод")
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2012-01-10

Abstract

Устройство защиты управляемого шунтирующего реактора от замыканий на землю, содержащее трансформатор тока, включенный в общую нейтраль реактора, блок определения уставок, связанный своим входом с системой управления реактором, а выходом - с нульорганом канала защиты по току, отличающееся тем, что в него дополнительно введены два делителя напряжения, включенные каждый между полюсами системы подмагничивания реактора и землей, при этом система подмагничивания реактора подключена между нейтральными выводами обмоток реактора, соединенными с землей через нейтральный реактор, выходы делителей напряжения через преобразователи напряжения соединены с входами сумматора с разными знаками, выход которого через фильтр низкой частоты подсоединен к первому входу нульоргана канала защиты по напряжению, второй вход которого соединен с первым выходом блока определения уставки, а выход - с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом нульоргана канала защиты по току, первый вход которого через фильтр низкой частоты соединен с трансформатором тока, а второй вход - со вторым выходом блока определения уставок, при этом выход элемента И соединен через реагирующий орган защиты с входом системы управления реактором. A device for protecting a controlled shunt reactor against earth faults, containing a current transformer included in the general neutral of the reactor, a setpoint determination unit connected by its input to the reactor control system, and by its output to the zero organ of the current protection channel, characterized in that it additionally includes two voltage dividers, each connected between the poles of the reactor magnetization system and the ground, while the reactor bias system is connected between the neutral terminals of the reactor windings, connected to the ground through a neutral reactor, the outputs of the voltage dividers through voltage converters are connected to the inputs of an adder with different signs, the output of which is through the low-frequency filter is connected to the first input of the zero organ of the voltage protection channel, the second input of which is connected to the first output of the setpoint determination unit, and the output to the first input of the AND element, the second input of which is connected to the output of the null organ of the current protection channel, the first input of which th through a low-frequency filter is connected to the current transformer, and the second input - to the second output of the unit for determining the settings, while the output of the AND element is connected through the reacting protection element to the input of the reactor control system.

Description

Заявляемое техническое решение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты управляемых шунтирующих реакторов (УШР), сетевые обмотки которых используются одновременно и как обмотки подмагничивания, от замыканий на землю полюсов системы подмагничивания.The claimed technical solution relates to electrical engineering, namely, protection devices of controlled shunt reactors (CSR), the network windings of which are used simultaneously and as magnetization windings, from earth faults of the poles of the magnetization system.

Известны устройства релейной защиты от коротких замыканий, применяемые на шунтирующих реакторах: максимальная токовая защита, продольная дифференциальная токовая защита, токовая защита нулевой последовательности, газовая защита (Федосеев A.M., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем. М., Энергоатомиздат, 1992, стр.434-456 [1]).Known relay protection devices against short circuits used in shunt reactors: maximum current protection, longitudinal differential current protection, zero sequence current protection, gas protection (Fedoseev AM, Fedoseev MA Relay protection of electric power systems. M., Energoatomizdat, 1992, pg. 344-456 [1]).

Описанные виды защит, по принципу действия, реагируя на токи частоты сети, не обеспечивают достаточной чувствительности и быстродействия при повреждениях в схеме управляемого реактора, приводящих к появлению постоянной составляющей в токах фаз реактора, вызываемой замыканиями на землю полюсов системы подмагничивания.The described types of protection, acting on the principle of response to currents of the frequency of the network, do not provide sufficient sensitivity and speed when damaged in a controlled reactor circuit, leading to the appearance of a constant component in the currents of the reactor phases, caused by earth faults of the poles of the magnetization system.

Постоянные составляющие в фазных токах сети переменного тока должны практически отсутствовать, т.к. представляет собой опасность для подключенного к сети электротехнического оборудования, прежде всего силовых трансформаторов и автотрансформаторов, измерительных трансформаторов тока и напряжения, вызывая насыщение магнитопроводов, перегрев, повышенную вибрацию, нарушение работы систем защиты. Трансформаторно-реакторное оборудование в электрических системах рассчитано на кратковременное воздействие постоянной составляющей тока, величина и длительность которого определяется коммутационными переходными процессами, сопровождающимися появлением апериодической составляющей тока. Длительное воздействие постоянной составляющей недопустимо. Поэтому любые повреждения в схеме управляемого реактора, вызывающие появление постоянной составляющей в токах фаз реактора, должны выявляться системой защиты, действующей на отключение реактора. В то же время, возможность появления такой несимметрии является одной из особенностей схем управляемых реакторов без выделенных обмоток управления (Чванов В.А. Управляемый шунтирующий реактор - объект управления. ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. №2, 2008, стр.38, рис.1. [2]). Каждая фаза управляемого реактора данного типа состоит из двух полуфаз, при этом обмотки полуфаз расположены на двух разных стержнях. Высоковольтные сетевые выводы обмоток полуфаз соединены и через высоковольтный ввод подключены к фазам сети. Нейтральные выводы обмоток полуфаз имеют отдельные выводы из бака реактора и подключены к разным полюсам преобразователя постоянного тока (управляемый выпрямитель) системы подмагничивания.Constant components in the phase currents of the AC network should be practically absent, because it is a danger to electrical equipment connected to the network, primarily power transformers and autotransformers, measuring current and voltage transformers, causing saturation of magnetic cores, overheating, increased vibration, and malfunctioning of protection systems. Transformer and reactor equipment in electrical systems is designed for short-term exposure to a constant current component, the magnitude and duration of which is determined by switching transients, accompanied by the appearance of an aperiodic current component. Prolonged exposure to a constant component is not permissible. Therefore, any damage in the circuit of a controlled reactor that causes the appearance of a constant component in the currents of the phases of the reactor must be detected by a protection system that acts to shut down the reactor. At the same time, the possibility of such an asymmetry being one of the features of controlled reactor circuits without dedicated control windings (V. Chvanov. Controlled shunt reactor - control object. ELECTRO. Electrical engineering, electric power industry, electrical industry. No. 2, 2008, p. 38 , Fig. 1. [2]). Each phase of a controlled reactor of this type consists of two half-phases, while the half-phase windings are located on two different rods. The high-voltage network terminals of the half-phase windings are connected and connected through the high-voltage input to the phases of the network. The neutral terminals of the half-phase windings have separate terminals from the reactor tank and are connected to different poles of the DC / DC converter (controlled rectifier) of the magnetization system.

По условиям работы реактора и преобразователя нейтральные выводы заземляются через нейтральные реакторы. Активные сопротивления обмоток нейтральных реакторов должны быть во много раз больше, чем активные сопротивления сетевых обмоток для того, чтобы максимально снизить шунтирующее действие цепей нейтральных реакторов и не приводить к необходимости какого-либо значительного увеличения мощности преобразователя.According to the operating conditions of the reactor and the converter, the neutral terminals are grounded through neutral reactors. The active resistances of the windings of neutral reactors should be many times greater than the active resistances of the network windings in order to minimize the shunting effect of the chains of neutral reactors and not lead to the need for any significant increase in the power of the converter.

Данный принцип работы системы подмагничивания предполагает, что оба вывода преобразователя работают под потенциалами нейтралей управляемого реактора и должны иметь уровень изоляции от земли, соответствующий уровню изоляции нейтралей реактора (Гусев С.И., Столяров Е.И., Мустафа Г.М., Сенов Ю.М., Луганская И.Б. Модель управляемого подмагничиванием реактора для расчета электромагнитных процессов в линиях электропередачи. Электричество, №6, 2010, стр.2-9, рис.2. [3]). В тоже время, в схеме трехфазного реактора, при симметричном режиме работы, потенциалы нейтральных выводов относительно невелики и характеризуется наличием напряжения 3-й гармоники и постоянного напряжения, равного половине напряжения между выводами преобразователя, но разного знака.This principle of operation of the bias system assumes that both outputs of the converter operate under the neutral potentials of the controlled reactor and must have an insulation level from the earth corresponding to the insulation level of the reactor neutrals (Gusev S.I., Stolyarov E.I., Mustafa G.M., Senov Yu.M., Luganskaya IB Model of a magnetization controlled reactor for calculating electromagnetic processes in power lines. Electricity, No. 6, 2010, pp. 2-9, Fig. 2. [3]). At the same time, in the scheme of a three-phase reactor, with a symmetrical mode of operation, the potentials of the neutral terminals are relatively small and is characterized by the presence of the 3rd harmonic voltage and a constant voltage equal to half the voltage between the converter terminals, but of a different sign.

Управляемый шунтирующий реактор проектируется и изготавливается так, чтобы минимизировать технологические различия в характеристиках сопротивлений полуобмоток и обеспечивать при последовательном включении полуобмоток фаз реактора между выводами преобразователя режим, при котором постоянные составляющие напряжения в точках соединения обмоток, подключаемых к фазам сети, были близки к нулю. Таким образом, в фазных токах УШР постоянная составляющая сводится до допустимого значения, обычно не превышающего 1-2 А (менее 1% от номинального тока).The controlled shunt reactor is designed and manufactured in such a way as to minimize technological differences in the characteristics of the resistance of the semi-windings and to ensure, when the semi-windings of the reactor phases are connected in series between the terminals of the converter, a mode in which the constant voltage components at the connection points of the windings connected to the network phases are close to zero. Thus, in phase currents of CSR, the constant component is reduced to an acceptable value, usually not exceeding 1-2 A (less than 1% of the rated current).

При замыкании на землю одного из полюсов преобразователя (одной из нейтралей реактора) внешнее сопротивление сети, шунтирующее полуобмотку реактора, соединенную с данным полюсом, приводит к тому, что симметрия напряжений в нейтралях нарушается, и ток подмагничивания данной полуобмотки уменьшается, вызывая появление постоянной составляющей тока в фазах реактора. Учитывая, что постоянный ток подмагничивания в обмотках реактора во много раз больше допустимого значения постоянного тока в фазах реактора, защита от замыкания на землю полюсов преобразователя (шины от преобразователя до нейтральных выводов реактора) должна быть быстродействующей.When one of the converter poles (one of the reactor neutrals) is shorted to the ground, the external network resistance shunting the reactor half-winding connected to this pole leads to the fact that the voltage symmetry in the neutrals is broken, and the magnetization current of this half-winding decreases, causing a constant current component to appear in the phases of the reactor. Given that the direct bias current in the reactor windings is many times greater than the permissible value of the direct current in the reactor phases, the protection against earth faults of the converter poles (bus from the converter to the neutral terminals of the reactor) should be fast-acting.

Схема включения преобразователя системы подмагничивания УШР, сетевые обмотки которых используются одновременно и как обмотки подмагничивания, приводит к целому ряду режимных особенностей работы оборудования, входящего в состав УШР, связанных с одновременным электрическим воздействием на него контура постоянного тока, обеспечивающего изменение тока в фазах реактора за счет подмагничивания магнитопроводов постоянным током, создаваемым преобразователем системы подмагничивания, и напряжением переменного тока электрической сети, к которой подключен УШР.The wiring diagram of the converter of the CSR magnetization system, the network windings of which are used simultaneously and as the magnetization windings, leads to a number of operational features of the equipment included in the CSR associated with the simultaneous electrical action of a DC circuit on it, providing a change in current in the reactor phases due to magnetization of the magnetic cores by direct current generated by the converter of the bias system, and by the alternating current voltage of the electric network, to the CSR is connected.

Известны устройства, предназначенные либо для защиты от замыканий на землю в одной точке цепи постоянного тока, например, возбуждения электрических машин или привода электрифицированного транспорта, основанные на контроле изоляции полюсов на землю, либо для защиты от замыканий на землю фаз сети переменного тока.Known devices that are designed either to protect against earth faults at one point in the DC circuit, for example, to drive electrical machines or drive electrified vehicles, based on monitoring the insulation of poles to earth, or to protect the phases of an alternating current network from earth faults.

Известно устройство защиты от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения ([1], стр.414-416), основанное на наложении на напряжение постоянного тока напряжения переменного тока от вспомогательного источника, включаемого между землей и полюсами через фильтрующие цепочки. Элементы схемы защиты и сопротивления изоляции полюсов системы возбуждения образуют мостовую схему. При замыкании полюса мост оказывается разбалансированным и исполнительный орган защиты срабатывает.A device for protection against earth faults at one point of the excitation circuit ([1], pp. 414-416), based on the superimposition on the DC voltage of an alternating current voltage from an auxiliary source connected between the ground and the poles through filter chains. Elements of the protection circuit and insulation resistance of the poles of the excitation system form a bridge circuit. When the pole closes, the bridge is unbalanced and the executive protection element is triggered.

Однако данное устройство, в рассматриваемой схеме УШР, будет иметь низкие чувствительность и быстродействие из-за шунтирующего действия конденсаторной батареи, включенной между полюсами преобразователя.However, this device, in the considered CSR circuit, will have low sensitivity and speed due to the shunting action of a capacitor bank connected between the poles of the converter.

Известно устройство от замыканий на корпус (землю) силовых цепей тепловозов (патент RU №2415445, класс G01R 27/18, опубл. 27.03.11 г. [4]), основанное на контроле напряжений между полюсами цепи постоянного тока и корпусом. При возникновении замыкания одного из полюсов происходит снижение напряжения данного полюса до значения близкого к нулю. При условии, что другое напряжение находится в диапазоне выше выбранного порога, происходит срабатывание защиты и снятие возбуждения с генератора, питающего силовую сеть.A device is known from short circuits to the housing (earth) of the power circuits of diesel locomotives (patent RU No. 2415445, class G01R 27/18, published March 27, 2011 [4]), based on the control of voltages between the poles of the DC circuit and the housing. When a short circuit occurs in one of the poles, the voltage of this pole decreases to a value close to zero. Provided that the other voltage is in the range above the selected threshold, the protection is triggered and the excitation is removed from the generator supplying the power network.

Однако в рассматриваемой схеме УШР, в которой сетевые обмотки используются одновременно и как обмотки подмагничивания, данное устройство будет иметь низкое быстродействие из-за необходимости включения в измерительные цепи блоков задержки и фильтров, характеризуемых большими постоянными времени, т.к. напряжение на полюсах цепи постоянного тока относительно земли характеризуется высоким уровнем гармоник (например, амплитуда 3-й гармоники в номинальном режиме в 30-40 раз превышает напряжение источника постоянного тока), а перенапряжения, связанные с коммутациями шунтирующего реактора и несимметричными режимами в сети высокого напряжения переменного тока, в 80-100 раз превышают напряжение источника постоянного тока в номинальном режиме.However, in the considered CSR scheme, in which network windings are used simultaneously and as magnetization windings, this device will have low speed due to the need to include delay units and filters in the measuring circuits, characterized by large time constants, because the voltage at the poles of the DC circuit relative to the ground is characterized by a high level of harmonics (for example, the amplitude of the 3rd harmonic in the nominal mode is 30-40 times higher than the voltage of the DC source), and the overvoltage associated with switching the shunt reactor and asymmetric modes in the high voltage network alternating current, 80-100 times the voltage of the DC source in nominal mode.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство защиты управляемого реактора от замыканий, принятое за прототип (патент RU №2126195, класс МПК Н02Н 7/045, опубл. 10.02.1999 г. [5]), содержащее трансформатор тока, включенный в общую нейтраль реактора, и блок определения уставки, связанный своим входом с системой управления реактором, а выходом с нульорганом канала защиты по току.The closest in technical essence to the claimed technical solution is a device for protecting a controlled reactor from short circuits, adopted as a prototype (patent RU No. 2126195, IPC class Н02Н 7/045, publ. 02.10.1999, [5]), containing a current transformer included into the general neutral of the reactor, and the setpoint determination unit, connected by its input to the reactor control system, and the output with the zero channel of the current protection channel.

Описанное устройство предусматривает контроль тока нулевой последовательности в измерительном трансформаторе тока, включенном в общую нейтраль реактора, и сравнение значения этого тока с уставкой, поступающей от блока определения уставки. Уставка вычисляется в зависимости от текущей нагрузки (тока) реактора за счет связи блока управления уставкой с системой управления реактора, определяющей режим работы (нагрузку) реактора. Защита срабатывает при превышении тока нулевой последовательности значения тока уставки, которая увеличивается или уменьшается, в зависимости от того увеличивается или уменьшается ток (нагрузка) реактора.The described device provides for monitoring the zero-sequence current in a measuring current transformer included in the common neutral of the reactor, and comparing the value of this current with the setpoint received from the setpoint determination unit. The setpoint is calculated depending on the current load (current) of the reactor by connecting the setpoint control unit with the reactor control system, which determines the operating mode (load) of the reactor. Protection is triggered when the zero sequence current is exceeded, the set current value increases or decreases, depending on whether the current (load) of the reactor increases or decreases.

Однако данное устройство, предусматривающее контроль тока нулевой последовательности частоты 50 Гц, в заявленном виде, с уставкой 0,30…0,5 от текущего значения тока реактора не может обеспечить быстродействующую защиту от замыкания на землю полюсов системы подмагничивания, вызывающих появление постоянной составляющей в фазных токах реактора.However, this device, which provides for monitoring the zero-sequence current of a frequency of 50 Hz, in the stated form, with a setting of 0.30 ... 0.5 from the current value of the reactor current, cannot provide fast protection against earth fault poles of the magnetization system, which cause the appearance of a constant component in phase reactor currents.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия защиты УШР от замыканий на землю полюсов системы подмагничивания, приводящих к появлению постоянной составляющей токов фаз реактора путем использования в устройстве каналов защиты как по току, так и по напряжению, при одновременном выполнении условий срабатывания по обоим каналам.The technical result of the claimed utility model is to increase the speed of protection of the CSR from earth faults of the poles of the magnetization system, which lead to the appearance of a constant component of the currents of the reactor phases by using protection channels in the device both current and voltage, while simultaneously fulfilling the operation conditions for both channels.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве защиты управляемого шунтирующего реактора от замыканий на землю, содержащем трансформатор тока, включенный в общую нейтраль реактора, блок определения уставок, связанный своим входом с системой управления реактором, а выходом с нульорганом канала защиты по току, новым является то, что в него дополнительно введены два делителя напряжения, включенные между полюсами системы подмагничивания реактора и землей, при этом система подмагничивания реактора подключена между нейтральными выводами обмоток реактора, соединенными с землей через нейтральный реактор, выходы делителей напряжения через преобразователи напряжения соединены с входами сумматора с разными знаками, выход которого через фильтр низкой частоты подсоединен к первому входу нульоргана канала защиты по напряжению, второй вход которого соединен с первым выходом блока определения уставки, а выход с первым входом элемента «И», второй вход которого соединен с выходом нульоргана канала защиты по току, первый вход которого через фильтр низкой частоты соединен с трансформатором тока, а второй вход - со вторым выходом блока определения уставок, причем выход элемента «И» соединен через реагирующий орган защиты с входом системы управления реактором.The specified technical result is achieved due to the fact that in the known device for protecting a shunt reactor from earth faults containing a current transformer included in the reactor common neutral, a setpoint determination unit connected by its input to the reactor control system and the output with the protection channel nullorgan through current, new is that it additionally introduced two voltage dividers connected between the poles of the magnetization system of the reactor and the ground, while the magnetization system of the reactor under is connected between the neutral leads of the reactor windings connected to the ground through a neutral reactor, the outputs of the voltage dividers through the voltage converters are connected to the inputs of the adder with different signs, the output of which through the low-pass filter is connected to the first input of the zero channel of the voltage protection channel, the second input of which is connected to the first the output of the setpoint determination unit, and the output with the first input of the “And” element, the second input of which is connected to the output of the zero channel of the current protection channel, the first input of which is through fil The low-frequency frequency converter is connected to the current transformer, and the second input is connected to the second output of the setpoint determination unit, and the output of the “And” element is connected through the reactive protection element to the input of the reactor control system.

Известных технических решений с такими признаками не обнаружено.Known technical solutions with such signs were not found.

На фиг.1 представлена функциональная схема трехфазного управляемого шунтирующего реактора с системой управления и устройством защиты от замыканий на землю полюсов системы подмагничивания.Figure 1 presents a functional diagram of a three-phase controlled shunt reactor with a control system and a device for protection against earth faults of the poles of the magnetization system.

На фиг.2 показаны осциллограммы сигналов в схеме защиты.Figure 2 shows the waveforms of the signals in the protection circuit.

УШР (фиг.1) состоит из трех фаз 1 с сетевой обмоткой, разделенной на две полуобмотки Z1 и Z2, которые расположены на разных стержнях магнитопровода. Сетевые обмотки стержней имеют общий линейный вывод, включаемый через выключатель 2 к фазам А, В, С высоковольтной трехфазной сети переменного тока. Нейтральные выводы полуобмоток трех фаз, выводимые на крышку бака (на фиг.1 не показан) реактора, присоединяются к полюсам системы подмагничивания 3, 4 так, что образуют схему соединения сетевых обмоток реактора - двойная звезда с разделенными нейтралями. Между полюсами системы подмагничивания включен источник постоянного тока подмагничивания 5 (управляемый выпрямитель) с выходной конденсаторной батареей 6. Между полюсами (нейтралями) и землей включен нейтральный реактор 7 сопротивлением Z_N в ветвях. Между общим выводом ветвей нейтрального реактора и землей расположен активный измерительный трансформатор тока 8. Между полюсами системы подмагничивания 3, 4 («+» и «-» источника подмагничивания) и землей включены делители напряжения 9 (ДН1 и ДН2). Устройство защиты включает два канала: по току и по напряжению. Канал по напряжению образован по сигналам с делителей напряжения полюсов системы подмагничивания. Низковольтные выводы делителей напряжения соединены с входами преобразователей напряжения 10 (ПН), выходы которых соединены с входами «+» и «-» сумматора 11 (Σ). Выход сумматора через фильтр низкой частоты (ФНЧ) 12 соединен с первым входом нульоргана 13 канала защиты по напряжению (далее нульорган). Второй вход нульоргана 13 соединен с первым выходом блока определения уставок 14 (БОУ), вход которого подключен к системе управления реактора 15 (СУ). Канал по току образован по сигналу от активного трансформатора тока 8, установленного в общей нейтрали реактора. Сигнал с активного трансформатора тока через фильтр низкой частоты 16 поступает на первый вход нульоргана 17 канала защиты по току (далее нульорган), второй вход которого соединен со вторым выходом блока определения уставок 14. За счет связи БОУ с СУ, в нем происходит определение значений с уставок каналов защиты по току (Io) и напряжению (Uo) в зависимости от текущей нагрузки (тока) реактора, задаваемой системой управления (СУ) реактора. Сигналы с нульорганов каналов по току и по напряжению поступают на входы элемента «И» 18, выход которого соединен с входом реагирующего органа защиты 19 (РОЗ) от замыканий полюсов системы подмагничивания. Выход РОЗ 19 соединен с системой управления 15, а также с цепями управления выключателей 2.CSR (Fig. 1) consists of three phases 1 with a network winding, divided into two half-windings Z1 and Z2, which are located on different rods of the magnetic circuit. The network windings of the rods have a common linear output that is switched on via switch 2 to the phases A, B, C of the high-voltage three-phase AC network. The neutral terminals of the semi-windings of three phases, displayed on the tank cap (not shown in Fig. 1) of the reactor, are connected to the poles of the magnetization system 3, 4 so that they form a circuit for connecting the network windings of the reactor - a double star with separated neutrals. Between the poles of the bias system, a DC bias source 5 (controlled rectifier) is connected with the output capacitor bank 6. Between the poles (neutrals) and the ground, a neutral reactor 7 with resistance Z _N in the branches is connected. An active measuring current transformer 8 is located between the common terminal of the neutral reactor branches and the ground. Between the poles of the magnetization system 3, 4 (“+” and “-” of the magnetization source) and the ground, voltage dividers 9 (DN1 and DN2) are connected. The protection device includes two channels: current and voltage. The voltage channel is formed by signals from the voltage dividers of the poles of the bias system. Low-voltage leads of voltage dividers are connected to the inputs of voltage converters 10 (PN), the outputs of which are connected to the inputs “+” and “-” of the adder 11 (Σ). The output of the adder through a low-pass filter (low-pass filter) 12 is connected to the first input of the nullorgan 13 of the voltage protection channel (hereinafter nulorgan). The second input of the nullorgan 13 is connected to the first output of the setpoint determination unit 14 (BOW), the input of which is connected to the control system of the reactor 15 (SU). The current channel is formed by a signal from an active current transformer 8 installed in the common neutral of the reactor. The signal from the active current transformer through the low-pass filter 16 is fed to the first input of the nullorgan 17 of the current protection channel (hereinafter nulorgan), the second input of which is connected to the second output of the setpoint determination unit 14. Due to the connection of the BOC with the control system, values are determined in it settings of protection channels for current (Io) and voltage (Uo) depending on the current load (current) of the reactor, set by the reactor control system (CS). The signals from the nullorgan channels of the current and voltage are fed to the inputs of the element "And" 18, the output of which is connected to the input of the reactive protection body 19 (ROS) from the closure of the poles of the magnetization system. The output ROSE 19 is connected to the control system 15, as well as to the control circuits of the switches 2.

Схемотехника защиты в целом, как и ее элементов, может быть реализована на любой элементной базе - электромеханической, полупроводниковой или цифровой.The protection circuitry as a whole, as well as its elements, can be implemented on any element base - electromechanical, semiconductor or digital.

На фиг.2 представлены осциллограммы сигналов в схеме защиты, возникаемые в процессе ее работы, где:Figure 2 presents the waveforms of the signals in the protection circuit arising in the process of its operation, where:

1 - сигнал на входе нульоргана канала по напряжению;1 - signal at the input of the nullorgan channel voltage;

2 - сигнал на входе нульоргана канала по току;2 - signal at the input of the channel zero channel current;

3 - сигнал на выходе защиты;3 - signal output protection;

t1 - момент включения реактора в сеть;t1 is the moment the reactor is turned on;

t2 - момент включения системы подмагничивания (с форсировкой напряжения);t2 is the moment of switching on the bias system (with voltage boost);

t3 - момент КЗ на землю полюса системы подмагничивания;t3 - short-circuit time to the earth of the pole of the magnetization system;

t4 - момент срабатывания защиты.t4 is the moment of protection operation.

Устройство работает следующим образом. Трансформатор тока 8 измеряет ток в общей нейтрали реактора, а делители напряжения 9 измеряют напряжение полюсов системы подмагничивания относительно земли. Измеренный ток поступает на вход защиты канала по току, а измеренные напряжения - на входы защиты канала по напряжению. В канале по току, для исключения влияния гармонических составляющих с частотами 50 Гц и более, измеренный сигнал фильтруется фильтром низкой частоты 16 и далее поступает на вход нульоргана 17. На второй вход данного нульоргана поступает сигнал уставки защиты канала по току от второго выхода блока управления уставками 14 соединенного с системой управления УШР 15. Величина уставки пропорциональна текущему значению тока подмагничивания УШР, т.е. при уменьшении тока подмагничивания соответственно уменьшается уставка защиты канала по току, а при увеличении тока подмагничивания - увеличивается. При отсутствии замыкания на землю постоянная составляющая в токе нейтрали отсутствует. При замыкании на землю полюса системы подмагничивания одна из ветвей Z_N нейтрального реактора шунтируется цепью короткого замыкания, и в общей нейтрали реактора появляется составляющая постоянного тока, фиксируемая активным трансформаторов тока 8. При превышении значения постоянной составляющей в токе общей нейтрали реактора заданной уставки I_N>I_o, фиксируемого нульорганом 17, формируется сигнал защиты канала по току.The device operates as follows. Current transformer 8 measures the current in the common neutral of the reactor, and voltage dividers 9 measure the voltage of the poles of the bias system relative to the ground. The measured current is fed to the channel protection input by current, and the measured voltages are fed to the channel protection inputs by voltage. In the current channel, to eliminate the influence of harmonic components with frequencies of 50 Hz or more, the measured signal is filtered by a low-pass filter 16 and then fed to the input of the nullorgan 17. The second input of this nullorgan receives the channel protection current setting signal from the second output of the settings control unit 14 connected to the control system CSR 15. The value of the setpoint is proportional to the current value of the bias current of the CSR, i.e. when the magnetization current decreases, the channel current protection setting decreases accordingly, and when the magnetization current increases, it increases. In the absence of an earth fault, there is no DC component in the neutral current. When the poles of the bias system are shorted to ground, one of the branches Z _{N of the} neutral reactor is bridged by a short circuit, and a DC component appears in the common neutral of the reactor, which is fixed by the active current transformers 8. If the DC component exceeds the set neutral current in the reactor of the specified setpoint I _N > I _o fixed by nullorgan 17, a channel current protection signal is generated.

В канале по напряжению, входные сигналы от делителей напряжения 9, пропорциональные напряжениям полюсов системы подмагничивания реактора, поступают в преобразователи напряжения 10 где выпрямляются, сглаживаются, масштабируются и поступают на входы «+» и «-» сумматора 11 на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный разнице абсолютных значений напряжений полюсов ΔU. При отсутствии замыкания на землю ΔU близко к нулю. При возникновении замыкания на землю какого-либо полюса системы подмагничивания ΔU увеличивается и становится пропорциональным напряжению между полюсами. Для исключения влияния гармонических составляющих с частотами 50 Гц и более, сигнал ΔU фильтруется ФНЧ 12 и далее поступает на вход нульоргана канала по напряжению 13. На второй вход данного нульоргана поступает сигнал уставки защиты канала по напряжению от первого выхода блока управления уставками 14 соединенного с системой управления УШР 15. Величина уставки пропорциональна текущему значению напряжения между полюсами источника подмагничивания УШР, т.е. при уменьшении напряжения подмагничивания соответственно уменьшается уставка защиты канала по напряжению. При превышении значения ΔU заданной уставки ΔU>U_o формируется сигнал защиты канала по напряжению. Сигналы срабатывания каналов защиты по току и напряжению поступают на входы элемента «И» 18, в котором при наличии сигналов срабатывания по обоим каналам формируется общий сигнал срабатывания защиты от замыканий на землю. Этот сигнал через выходной орган защиты 19, поступая в систему управления, вызывает блокировку импульсов управления источника подмагничивания. СУ может, при задании соответствующего алгоритма, провести автоматическую повторную подачу импульсов с восстановлением напряжения источника подмагничивания и, при повторном определении наличия короткого замыкания полюса, обеспечить формирование сигнала на отключение высоковольтных выключателей реактора 2.In the voltage channel, the input signals from voltage dividers 9, which are proportional to the voltage of the poles of the bias system of the reactor, go to voltage converters 10 where they are rectified, smoothed, scaled, and fed to the inputs “+” and “-” of the adder 11 at the output of which a signal proportional the difference in the absolute values of the voltage of the poles ΔU. In the absence of earth fault, ΔU is close to zero. When a fault occurs on the earth of any pole of the magnetization system, ΔU increases and becomes proportional to the voltage between the poles. To exclude the influence of harmonic components with frequencies of 50 Hz and more, the signal ΔU is filtered by the low-pass filter 12 and then goes to the input of the channel nullorgan by voltage 13. The voltage protection setpoint signal from the first output of the settings control unit 14 connected to the system is fed to the second input of this nullorgan CSR control 15. The setpoint value is proportional to the current voltage value between the poles of the CSR bias source, i.e. when the bias voltage decreases, the channel protection setting for voltage decreases accordingly. When the ΔU value exceeds the specified setpoint ΔU> U _o , a channel voltage protection signal is generated. The actuation signals of the protection channels for current and voltage are fed to the inputs of the element "And" 18, in which, in the presence of actuation signals through both channels, a common actuation signal of protection against earth faults is generated. This signal through the output protection element 19, entering the control system, causes the blocking of the control pulses of the magnetization source. The control system can, when setting the appropriate algorithm, automatically re-supply pulses with the restoration of the voltage of the magnetization source and, when re-determining the presence of a short circuit in the pole, provide a signal to turn off the high-voltage circuit breakers of reactor 2.

Наличие в устройстве защиты от замыканий на землю полюсов системы подмагничивания управляемого шунтирующего реактора каналов по току и напряжению позволяет существенно увеличить быстродействие и чувствительность защиты за счет увеличения границ частоты пропускания фильтров низкой частоты каналов защиты по току и напряжению, при одновременном увеличении отстройки от апериодических составляющих в измерительных цепях защиты, связанных с переходными процессами в примыкающей высоковольтной сети переменного тока и резкими изменениями (форсировка/расфорсировка) напряжения источника тока системы подмагничивания в процессе увеличения или уменьшения нагрузки (тока) управляемого реактора.The presence in the device of protection against earth faults of the poles of the magnetization system of the controlled shunt reactor of the current and voltage channels allows to significantly increase the speed and sensitivity of protection by increasing the frequency limits of the low-pass filters of the protection channels of current and voltage, while increasing the detuning from aperiodic components in measuring protection circuits associated with transients in the adjacent high-voltage AC network and sudden changes (forcing / unforcing) the voltage of the current source of the bias system in the process of increasing or decreasing the load (current) of a controlled reactor.

Как видно из осциллограмм, приведенных на фиг.2, как в канале по току (2), так и в канале по напряжению (1), кроме сигнала, появляющегося в момент t3 при возникновении короткого замыкания полюса системы подмагничивания, имеются апериодические сигналы помех, появляющиеся в процессе работы УШР. Так в канале по току апериодический сигнал появляется в момент t1 при включении УШР, а в канале по напряжению в момент t2 - при включении (форсировке) напряжения подмагничивания. Так как сигналы помех в каналах возникают в разные моменты времени, а защита срабатывает в момент t4, после того как в обоих каналах сигналы превысят заданные уставки срабатывания, то защита отстроена от таких помех.As can be seen from the oscillograms shown in figure 2, both in the current channel (2) and in the voltage channel (1), in addition to the signal that appears at time t3 when a short circuit occurs in the magnetizing system pole, there are aperiodic interference signals, appearing in the course of work of CSR. So in the current channel the aperiodic signal appears at time t1 when turning on the CSR, and in the channel in voltage at time t2 - when turning on (forcing) the magnetization voltage. Since the interference signals in the channels occur at different points in time, and the protection is triggered at time t4, after the signals in both channels exceed the set operation thresholds, the protection is set off from such interference.

Заявляемое устройство применяется для защиты от замыканий на землю полюсов системы подмагничивания управляемых шунтирующих реакторов, сетевые обмотки которых используются одновременно и как обмотки подмагничивания, используемых для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения на высоковольтных линиях электропередачи переменного тока и подстанциях электроэнергетических систем.The inventive device is used to protect against earth faults the poles of the magnetization system of controlled shunt reactors, the network windings of which are used simultaneously and as magnetization windings used to compensate for reactive power and voltage regulation on high-voltage alternating current transmission lines and substations of electric power systems.

Источники информации:Information sources:

1. Федосеев A.M., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем. М., Энергоатомиздат, 1992, стр.434-456.1. Fedoseev A.M., Fedoseev M.A. Relay protection of electric power systems. M., Energoatomizdat, 1992, pp. 434-456.

2. Чванов В.А. Управляемый шунтирующий реактор - объект управления. ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. №2, 2008, стр.38, рис.1.2. Chvanov V.A. A controlled shunt reactor is a control object. ELECTRO. Electrical engineering, electric power industry, electrical industry. No. 2, 2008, p. 38, Fig. 1.

3. Гусев С.И., Столяров Е.И., Мустафа Г.М., Сенов Ю.М., Луганская И.Б. Модель управляемого подмагничиванием реактора для расчета электромагнитных процессов в линиях электропередачи. Электричество, №6, 2010, стр.2-9 рис.2.3. Gusev S.I., Stolyarov E.I., Mustafa G.M., Senov Yu.M., Luganskaya IB Model of a magnetization controlled reactor for calculating electromagnetic processes in power lines. Electricity, No. 6, 2010, pp. 2-9, Fig. 2.

4. Патент №2415445. Способ измерения сопротивления изоляции и защиты от замыканий на корпус силовых цепей тепловозов. Класс G01R 27/18, опубл. 27.03.2011 г.4. Patent No. 2415445. A method of measuring insulation resistance and protection against short circuits on the case of power circuits of diesel locomotives. Class G01R 27/18, publ. 03/27/2011

5. Патент №2126195. Устройство защиты управляемого реактора от внутренних коротких замыканий. Класс Н01Н 7/045, опубл. 10.02.1999 г. (прототип).5. Patent No. 2126195. Device for protecting a controlled reactor from internal short circuits. Class H01H 7/045, publ. 02/10/1999 (prototype).

Claims

A device for protecting a managed shunt reactor from earth faults, containing a current transformer included in the reactor common neutral, a setpoint determination unit connected to its input to the reactor control system, and the output to a current protection channel nullorgan, characterized in that they are additionally introduced into it two voltage dividers, each connected between the poles of the reactor magnetization system and ground, while the reactor magnetization system is connected between the neutral terminals of the reactor windings connected with ground through a neutral reactor, the outputs of the voltage dividers through the voltage converters are connected to the inputs of the adder with different signs, the output of which through a low-pass filter is connected to the first input of the zero channel of the voltage protection channel, the second input of which is connected to the first output of the setpoint determination unit, and the output is with the first input of the And element, the second input of which is connected to the output of the nullorgan of the current protection channel, the first input of which is connected to the current transformer through a low-pass filter, and the second input about the second output of the setpoint determination unit, while the output of the And element is connected through the reactive protection element to the input of the reactor control system.