RU1778857C - Устройство дл ограничени феррорезонансных и резонансных процессов - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : электромагнитный трансформатор напр жени , у которого первична  обмотка высокого напр жени  соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью, вторична  обмотка низкого напр жени  соединена в звезду с выведенным нулевым проводом, дополнительна  вторична  обмотка низкого напр жени  соединена по схеме разомкнутого треугольника, токовый блок управлени  подсоединен ко вторичным цеп м трансформатора тока в глухозаземленной нейтрали с помощью входных цепей фильтра токов, к выходным цеп м которого выпр мительный блок, подсоединены реле тока и реле времени напр - женческим.,блок управлени  подсоединен между линейным выводом и нулевым проводом средней фазы вторичной обмотки низкого напр жени  с помощью входных цепей фильтра напр жени , к выводам вторичной обмотки которого через сглаживающий конденсатор и выпр мительный блок подсоединены реле токаи реле времени. 1 ил. СО С

Description

Изобретение относитс  к высоковольтным электрическим сет м, в частности к защите измерительных трансформаторов напр жени  и тока, высоковольтных воздушных выключателей, вентильных разр дников с магнитным гашением дуги и обеспечению успешной работы релейной защиты , автоматики и телемеханики при полном обесточении систем шин 110-500 кВ и возникновении холостых режимов линий электропередач напр жением 110-750 кВ.

Известно распределительное устройство , обеспечивающее подключение активной нагрузки к первой вторичной обмотке электромагнитного трансформатора напр жени , например, типа НКФ.

Недостатками указанного устройства  вл ютс : недостаточна  эффективность ограничени  феррорезонансных и невозможность ограничени  резонансных процессов; реагирование составл ющих элементов только на токи п той гармоники в высоковольтной первичной обмотке трансформатора напр жени ; громоздкость конструкции по причине наличие по два комплекта нагрузочных сопротивлений, коммутационных аппаратов и автоматических расцепителей, снижающих быстродействие и надежность работы; необходимость выполнени  уровн  изол ции, рассчитанной на высокое напр жение, что усложн ет монтаж и наладку; соизмеримость стоимости со стоимостью трансформатора напр жени .

Известно устройство дл  ограничени  феррорезонансных перенапр жений в элекVI XI

оо

00

ел

XI

трических сет х, обеспечивающее подключение активной нагрузки к первой вторичной обмотке электромагнитного трансформатора, например, типа НКФ со ступенчато измен ющимс  сопротивлением в сторону его увеличени .

Недостатками указанного устройства  вл ютс : невозможность эффективного гашени  феррорезонансных и ограничени  резонансных процессов; реагирование составл ющих элементов только на напр жение третьей гармоники в первой вторичной обмотке трансформатора напр жени ; недостаточна  надежность и быстродействие работы коммутационных элементов; сложность монтажа и наладки; сохранивша с  соизмеримость стоимости со стоимостью трансформатора напр жени .

Относительно близким по технической сущности  вл етс  устройство дл  ограничени  феррорезонансных перенапр жений в электрических сет х, прин тое нами за аналог и обеспечивающее допустимое кратковременное перенасыщение магнитной системы электромагнитного трансформатора напр жени  благодар  созданию выпр мленного тока в его второй вторичной обмотке при помощи трехфазной мостовой схемы с неуправл емыми вентил ми, подсоединенной к фазным проводам первой вторичнойобмоткиуказанного измерительного трансформатора с целью вывода индуктивного сопротивлени  его первичной высоковольтной обмотки из режима последовательного резонанса с результирующим емкостным сопротивлением сети в режим индуктивной перекомпенсации , исключающей феррорезонзнсный процесс ,

Недостатками указанного устройства  вл ютс : невозможность длительного нахождени  в недопустимом режиме перенасыщени магнитнойсистемы трансформатора напр жени , привод щем к тепловым и электрическим повреждени м его первичной высоковольтной обмотки и последующему углублению аварийной ситуации; недопустимость создани  даже кратковременного режима глубокого перенасыщени  магнитной системы трансформатора напр жени , создающего опасные по величине токи и напр жени  феррорезонансного процесса; снижение эффективности использовани  режима перенасыщени  магнитной системы трансформатора напр жени  с учетом перспективы развити  подстанций, т.е. увеличени  количества присоединений к системам шин с помощью воздушных выключателей, т.к. результирующее емкостное сопротивление снижаетс  практически пропорционально снижению индуктивного сопротивлени ; недостаточна  эффективность ограничени  феррорезонансного и

невозможность ограничени  резонансного процессов; наличие неуправл емых вентилей в трехфазной мостовой схеме исключает возможность эффективного функционировани  элементов в зависимости от парамет0 ров токов и перенапр жений феррорезонансного и резонансного процессов; подключение нагрузочного сопротивлени  трехфазной мостовой схемы между выводами второй вторичной обмотки

5 трансформатора напр жени  затрудн ет селективную настройку уставок устройств релейной защиты, автоматики и телемеханики .

Наиболее близким по технической сущ0 ности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому техническому решению  вл етс  устройство дл  ограничени  феррорезонансных процессов, прин тое за прототип и содержащее

5 трехфазную резисторную нагрузку, подключенную к первой вторичной обмотке трансформатора напр жени  с помощью неуправл емых вентилей встречно-параллельного подсоединени  в каждой фазе.

0 причем, концы разомкнутого треугольника его второй вторичной обмотки подсоединены между нейтралью соединенной в звезду нагрузки и нейтралью звезды вышеуказанной первой вторичной обмотки. С целью уп5 рощени  электрической схемы, повышени  надежности и быстродействи  работы защитного устройства, а также повышени  его эффективности обмотки низкого напр жени  выполнены с встречной намоткой, за0 трудн ющёй режим перенасыщени  магнитной системы, а, следовательно, возникновени  опасных феррорезонансных процессов,

Недостатками указанного устройства

5  вл ютс : недостаточна  эффективность ограничени  ферроразонансного и резонансного процессов по причине срабатывани  неуправл емых вентилей трехфазной мостовой схемы и подключени  трехфазной ре0 зисторной нагрузки только при воздействии фазных перенапр жений между линейными выводами и нейтралью первой вторичной обмотки трансформатора напр жени : неэффективное ограничение режима перена5 сыщени магнитнойсистемы

трансформатора напр жени  при встречной намотке его вторичных обмоток при воз- действии только переменного тока, исключающего возможность локализации аварийных процессов; наличие трехфазной

резисторной нагрузки со стабильной величиной сопротивлени , исключающей эффек- тивную работу элементов в функциональной зависимости от измен ющихс  величин токов и напр жений соответствующих частот, свойственных феррорезонансным и резонансным процессам .

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности гашени  феррорезонан- сных и резонансных процессов, возникающих как после полного обесточе- ни  систем шин воздушными выключател ми , так и при холостом режиме линий электропередач с подсоединенными к фазам электромагнитными трансформаторами напр жени , на основе регистрации, свойственных указанным аварийным процессам , феррорезонансного тока и перенапр жений; обеспечение эффективности функционировани  защитного устройства с помощью конструктивных решений, обеспечивающих дополнительное ограничение возможности перенасыщени  магнитной системы трансформатора напр жени  при аварийных процессах в электрических сет х; повышение чувствительности работы элементов на основе обеспечени  функционального взаимодействи  между датчиками токов и напр жений феррорезонансных и резонансных процессов с одной стороны и срабатыванием трехфазной мостовой схемы с другой, обеспечивающей в свою очередь наличие выпр мленного тока во второй вторичной обмотке трансформатора напр жени ; использование комплексного сочетани  переменного и выпр мленного токов so вторичных низковольтных обмотках трансформатора напр жени  и их воздействи  на процесс снижени  или стабилизации насыщени  магнитных систем; компактность конструкции устройства, обеспечивающей одновременно быстродействие и надежность работы; простота монтажа и наладки при выполнении уровн  изол ции, рассчитанного на низкое напр жение вторичных цепей; снижение стоимости защитного устройства по сравнению со стоимостью трансформатора напр жени ; отказ от нагрузочных сопротивлений во вторичных обмотках трансформатора напр жени ; снижение металлоемкости и повышение класса точности измерений компактных конструкций измерительных трансформаторов напр жени .

На чертеже представлена принципиальна  электрическа  схема конкретного выполнени  предлагаемого устройства.

Трансформатор напр жени  1 линейными выводами высоковольтной обмотки 2,

соединенной по схеме звезды и имеющей глухозаземленную нейтраль 3, чеосз разь- единитель4 подсоединен непосредственно к системе шин или линии электропередачи 5 5. Его перва  вторична  обмотка 6 соединена по схеме звезды с выведенным нулевым проводом 7, а втора  вторична  обмотка 8 соединена по схеме разомкнутого треугольника .

0Первый блок управлени  9 подсоединен

ко вторичным цеп м трансформатора тока 10, первична  обмотка которого включена в заземл ющий провод глухозаземленной нейтрали первичной высоковольтной об5 мотки трансформатора напр жени , с помощью входных цепей фильтра токов 11 заданной гармоники, состо щего из последовательно соединенных емкости 12 и активного сопротивлени  13, к выходным

0 цеп м которого подсоединены входные цепи первого выпр мительного блока 14, к выходным цеп м которого подсоединены последовательно первые реле тока 15 и реле времени 16 с выходом цепи управлени  17.

5 Второй блок управлени  18 подсоединен между линейным выводом и нулевым проводом средней фазы первой вторичной обмотки низкого напр жени  с помощью входных цепей фильтра напр жени  19, со0 сто щего из последовательно соединенных емкости 20 и индуктивности первичной обмотки 21 нагрузочного трансформатора 22, к выводам вторичной обмотки 23 которого через сглаживающий конденсатор 24 подсо5 единены входные цепи второго выпр мительного блока 25, к выходным цеп м которого подсоединены последовательно вторые реле тока 26 и реле времени 27 с выходом цепи управлени  28.

0 Трехфазна  мостова  схема 29 с управл емыми вентил ми 30 подсоединена к линейным выводам первой вторичной обмотки, а выходными цеп ми 31, 32 к выводам второй вторичной обмотки. Блоки уп5 равлени  33,34 трехфазной мостовой схемы соединены входами Цепей управлени  35, 36 соответственно с выходами цепей первого и второго блоков управлени  с помощью электрических св зей 37, 38, 39 и 40, а выхо0 дами цепей управлени  соединены с каждым управл ющим электродом 41 управл емого вентил , катодами 42 одной группы и анодами 43 другой группы управл емых вентилей.

5Согласованна  намотка 44 и 45 первой

и второй вторичных обмоток противоположна намотке 46 первичной обмотки.

В нормальном режиме работы сетей трансформатор напр жени  1 подсоединен выводами первичной высоковольтной обмотки 2 к системе шин или линии электропередачи 5 разъединител ми 4. Ток в глухо- заземленной нейтрали 3 не протекает черэз первичную обмотку трансформатора тока 10 и первый блок управлени  9 не функционирует . Напр жение между линзйнык заводом средней фазы первой вторичной обмотки 6 и ее нейтральным выводом 7 не превышает номинальных величин напр жений промышленной частоты и второй блок управлени  18 тоже не функционирует Следовательно , трехфазна  мостова  схема 29 не работает и выпр мительный ток во второй вторичной обмотке 8 отсутствует. На основании вышеизложенного видно, что предлагаемое защитное устройство работает только при аварийных режимах в электрических сет х.

При аварийном обесточении системы шин 5 с помощью воздушных выключателей возникают феррорезонансные процессы с недопустимыми, а во многих случа х опасными дл  изол ции электрооборудовани  величинами феррорезонансмыхтоков з нейтрали 3 первичных высоковольтных обмоток 2 и перенапр жений между выводами фаз первой вторичной обмотки 6 и ее нулевым проводом 7.

Согласно проведенных экспериментальных исследований в действующих электрических сет х 110-330 кВ наибольшей по амплитуде высокочастотной составл ющей в феррорезонансном токе  вл етс  п та  гармоника при его протекании в первичной высоковольтной обмотке 2. а, следовательно , а ь. йтральноэд проводе между нейтралью 3 и землей через первичную обмотку трансформатора тока 10, а в феррорезонансном напр жении - треть  гармоника, возникающа  между выводами первой вторичной обмотки 6 и ее нулевым проводом 7. Например, при нормальном режиме работы указанные гармоники составл ет не более 0,7% от общей величины амплитуды синусоидального тока или напр жени , а при полном обеспечени  системы шин с электромагнитными трансформаторами напр жени  они возрастают до величин пор дка (28-30)%.

Поэтому, применительно к указанному аварийному режиму, конденсатор 12 и активное сопротивление 13 настроены ка фильтрацию токов п той гармоники толовым фильтром 11, киторые выпр мл ютс  в первом выпр мительном блоке 14 к привод т к срабатыванию первых токового реле 15 и реле времени 16 с выдачей гокоэого сигнала на выход цепи управлений 17, в конденсатор 20 и индуктивность первичной обмотки 21 нагрузочного трансформатора

22 настроены на фильтрацию напр жений третьей гармоники фильтром напр жени  19, которые через вторичную обмотку 23 нагрузочного трансформатора 22, сглаживающий конденсатор 24 и второй

выпр мительный блок 25 привод т к срабатыванию вторых токового реле 26 и реле времени 27 с выходом токового сигнала на выход цепи управлени  28.

Цепи управлени  17 и 28 обеспечивают

0 подачу юков управлени  через объедин ющие 37,38 и распределительные 39, 40 элек- .трическые св зи к входным цеп м 35, 36 блоков управлени  33, 34 трехфазной мостовой схемы 29, а следовательно в индиви5 дуальные электрические цепи между управл ющими электродами 41 каждого управл емого вентил  30, а также катодами 42 одной группы и анодами 43 другой группы управл емых вентилей 30. Срабатывание

0 трехфазной мостовой схемы 29 обеспечивает по вление выпр мленного тока в электрических цеп х 31 и 32, а следовательно во второй вторичной обмотке 8.

Согласованность направлений намотки

5 первой 6 и второй 8 вторичных обмоток, указательные позиции 44, 45, и противоположна  им намотка первичной обмотки высокого напр жени  2, указательна  позици  46, трансформатора напр жени  1 обеспе0 чмвают размагничивание выпр мленным током во агорой вторичной обмотке 8, чем исключаетс  возможность возникновени  феррорезонансного процесса при полном обесточенми систем шин с любым количест5 вом присоединений к ним с помощью воздушных выключателей.

Более того, исключение перенасыщени  магнитопроводов, выпускаемых в насто щееврем однофазных

0 фансформаторов напр жени  1. например, типа НКФ при возникновении феррорезо- нансных процессов, позвол ет ставить вопрос о возможности и технической целесообразности снижени  металлоемкости

5 конструкции измерительного трансформатора в части уменьшени  сечени  магнитопро- аода и диаметра обмоток, а следовательно сокращени  расхода электротехнической стали и медного обмоточного провода.

0 При возникновении холостого режима линии электропередачи 5 с наличием присоединенных первичных высоковольтных обмоток 2 трансформатора напр жени  1 на ее холостом конце возможно возникновение

5 феррорезонансных и резонансных процессов . Что касаетс  ферорезонансных процессов , то работа защитного устройства по их вы влению и гашению аналогична вышеуказанной работе при полном обесточении системы шин. Опасные перенапр жени  промышленной частоты при резонансных процессах на фазах- первичной высоковольтной обмотки 2, а следовательно между выводами первой вторичной обмотки 6 и ее нулевым проводом 7, привод т к срабатыванию управл емых вентилей 30 трехфазной мостовой схемы 29 без наличи  тока управлени  в управл ющих электродах 41, чем вновь обеспечиваетс  процесс размагничивани  магнитопровода трансформатора напр жени  1 и получение вышеуказанной технико-экономической эффективности.

Дополнительно целесообразно отметить , что электромагнитные и электростатические вли ни  крайних фаз на среднюю фазу при нормальных, а особенно при аварийных режимах обеспечивают во многих случа х при рэзвити х аварийных ситуаций успешное срабатывание второго блока управлени  18, подсоединенного к средней фазе и привод щего к срабатыванию трехфазной мостовой схемы 29 с возникновением уже указанной успешной работы всего защитного устройства.

Минимальный экономический эффект применительно к существующим конструкци м трансформаторов напр жени  и энергосистемам средних мощностей с относительно развитыми электрическими сет ми и прот женными лини ми межсистемных св зей составл ет в сумме пор дка 850-950 тыс ч рублей в год на один миллион кВт установленной мощности, т.к. благодар  предложенному защитному устройству практически полностью обеспечиваетс  безаварийна  работа силового, измерительного и защитного электрооборудовани , релейной защиты, автоматики и телемеханики, микропроцессорной техники и микроЭВМ при аварийных режимах в высоковольтных электрических сет х, Что  вл етс  обоснованием дополнительного экономического эффекта в каждой энергосистеме .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  ограничени  ферроре- зонансных и резонансных процессов, содержащееэлектромагнитный 5 трансформатор напр жени , у которого первична  обмотка соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью и предназначена дл  подключени  к сети, перва  вторична  обмотка соединена в звезду с 0 выведенным нулевым проводом, а втора  вторична  обмотка соединена по схеме разомкнутого треугольника, фильтр тока и фильтр напр жени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  эффективности

   5 гашени  феррорезонансных и резонансных процессов, оно дополнительно содержит первый блок управлени , соединенный своим входом с вторичными цеп ми трансформатора тока в цепи глухозаземленной

   0 нейтрали и содержащий фильтр тока заданной гармоники, который соединен с первым выпр мительным блоком, к выходу посто нного тока которого подлкючены последовательно соединенные первые реле тока и

   5 времени, подключенные к выходу первого блока управлени , который соединен с выходом второго блока управлени , включенного между одним из линейных и нулевым проводом первой вторичной обмотки и со0 сто щего из фильтра напр жени  заданной частоты, который соединен с вторым выпр мительным блоком, к выходу посто нного тока которого подключены последовательно соединенные вторые реле тока и времени,

   5 подключенные к выходу второго блока управлени , выходы обоих блоков управлени  соединены с входом блока управлени  вентил ми трехфазной мостовой схемы, котора  входами переменного тока пофззно

   0 подключена к линейным выводам первой вторичной обмотки, а выходами посто нного тока - к выводам второй вторичной обмотки , при этом направлени  намоток первой и второй вторичных обмоток выполнены со5 гласно между собой и противоположно намотке первичной обмотки трансформатора.

   //