RU2124259C1

RU2124259C1 - Method for protecting controlled reactor against internal short circuits

Info

Publication number: RU2124259C1
Application number: RU97111115A
Authority: RU
Inventors: А.М. Брянцев; А.Г. Долгополов
Original assignee: Брянцев Александр Михайлович
Priority date: 1997-07-07
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 1998-12-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: method involves checking voltage across equalized ac current points of reactor magnetizing coils connected to external DC power supply; when commercial- frequency voltage is built up between these points, signal is sent for reactor switching off. EFFECT: improved sensitivity and simplified protection of controlled reactor against internal short circuits. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехники и может быть использовано для защиты от витковых замыканий и замыканий на корпус обмоток управляемых подмагничиванием реакторов, имеющих внешний источник постоянного тока. The invention relates to electrical engineering and can be used to protect against windings and short circuits on the body of windings controlled by magnetization of reactors having an external DC source.

Известны традиционные способы для защиты от коротких замыканий реакторов и трансформаторов, применяющие максимальные токовые, газовые или дифференциальные защиты (1). Known traditional methods for protection against short circuits of reactors and transformers, using maximum current, gas or differential protection (1).

Максимальные защиты имеют недостаточную чувствительность, газовые защиты обладают низким быстродействием, поэтому те и другие не могут служить в качестве основной быстродействующей защиты от внутренних повреждений при коротком замыкании обмоток. Maximum protections have insufficient sensitivity, gas protections have low speed, therefore, both cannot serve as the main high-speed protection against internal damage during short-circuiting of the windings.

В мощных трансформаторах и реакторах широко применяются в качестве основных дифференциальные продольные и поперечные защиты, имеющие высокое быстродействие и повышенную чувствительность. Однако они требуют для своей реализации двустороннего охвата всей ветвей обмоток трансформаторами тока, а также отстройки от токов небаланса и переходных процессов, что существенно усложняет защиту и приводит к ее недостаточной чувствительности при витковых замыканиях менее 10% обмотки. In powerful transformers and reactors, differential longitudinal and transverse protection are widely used as the main ones, having high speed and increased sensitivity. However, for their implementation, they require two-sided coverage of the entire branches of the windings with current transformers, as well as detuning from unbalance currents and transients, which significantly complicates the protection and leads to its insufficient sensitivity with windings of less than 10% of the winding.

Целью предлагаемого способа является повышение чувствительности основной защиты реактора от внутренних коротких замыканий и ее упрощение. The aim of the proposed method is to increase the sensitivity of the main protection of the reactor from internal short circuits and its simplification.

Указанная цель достигается тем, что в качестве основного параметра, позволяющего выявить любое замыкание обмоток реактора, применяется напряжение между двумя электрически уравновешенными по переменному току точками обмоток подмагничивания, соединенных в треугольник, на которые подается постоянное напряжение подмагничивания от внешнего источника постоянного тока. This goal is achieved by the fact that as the main parameter that allows to detect any short circuit of the reactor windings, voltage is applied between two points of magnetization windings electrically balanced by alternating current connected in a triangle, to which a constant magnetization voltage is supplied from an external DC source.

На чертеже приведен один из возможных вариантов электрической схемы соединений обмоток реактора, управляемого подмагничиванием от внешнего источника постоянного тока. Сетевые обмотки СО полуфаз реактора соединены в двойную звезду, обмотка подмагничивания ОУ соединена в треугольник и подключена к внешнему источнику подмагничивания постоянного тока ИП. При этом соответствующие сетевые обмотки и обмотки подмагничивания полуфаз расположены соосно на каждом из шести стержней магнитной системы реактора. The drawing shows one of the possible options for the electrical circuit of the windings of the reactor, controlled by magnetization from an external DC source. The network windings of the CO of the reactor half-phases are connected in a double star, the op-amp bias winding is connected in a triangle and connected to an external PM bias source. In this case, the corresponding network windings and half-magnetization windings are located coaxially on each of the six rods of the reactor magnetic system.

В нормальных режимах работы реактора и при внешних коротких замыканиях в сети сумма векторов напряжений в обмотках подмагничивания, соединенных в треугольник, равна нулю, и на электрически уравновешенных по переменному току точках подключения источника подмагничивания присутствует только постоянное напряжение источника. В случае применения в качестве источника подмагничивания шестиполупериодного выпрямителя это напряжение содержит также шестую гармонику. Напряжение промышленной частоты 50 Гц в этих режимах на выводах источника и в точках его подключения к обмоткам подмагничивания отсутствует. In normal operating conditions of the reactor and with external short circuits in the network, the sum of the voltage vectors in the magnetization windings connected in a triangle is equal to zero, and only the constant voltage of the source is present at the points of connection of the magnetization source electrically balanced by alternating current. If a half-wave rectifier is used as a magnetization source, this voltage also contains the sixth harmonic. The industrial frequency voltage of 50 Hz in these modes is absent at the source terminals and at the points of its connection to the magnetization windings.

При возникновении внутренних коротких замыканий, как витковых, так и на корпус или магнитопровод любой обмотки реактора на выводах источника подмагничивания появляется напряжение промышленной частоты 50 Гц, соответствующее числу замкнутых витков обмотки. Это обусловлено тем, что обмотки подмагничивания, соединенные в треугольник, выявляют любую несимметрию в магнитосвязанных обмотках реактора. In the event of internal short circuits, both winding, and to the body or magnetic circuit of any reactor winding, voltage of an industrial frequency of 50 Hz appears on the terminals of the magnetization source, which corresponds to the number of closed winding turns. This is due to the fact that the magnetization windings connected in a triangle reveal any asymmetry in the magnetically connected windings of the reactor.

Благодаря этому свойству эффективно и просто реализуется быстродействующая защита реактора от всех видов внутренних коротких замыканий. Для этого достаточно через фильтр Ф, пропускающий напряжение 50 Гц, подключить выключателем В к выводам источника подмагничивания реле напряжения РН с уставкой, отстроенной от небалансов естественной несимметрии, вызванных допусками при изготовлении реактора. Due to this property, the fast-acting reactor protection against all types of internal short circuits is effectively and simply implemented. To do this, it is enough to connect a switch В to the terminals of the magnetization source of the PH voltage relay with a setpoint detuned from unbalances of natural asymmetry caused by tolerances in the manufacture of the reactor through a filter Ф passing a voltage of 50 Hz.

Исследования макета устройства, реализующего описанный способ, показали, что чувствительность защиты достаточна для надежного выявления замыкания двух и более витков любой из обмоток реактора. При числе витков в обмотках управляемых реакторов классов напряжений 110...500 кВ порядка одной тысячи защита охватывает более 99% витков как сетевой обмотки, так и обмотки подмагничивания, что значительно превышает показатели традиционно применяемых защит трансформаторов и реакторов. Studies of the layout of the device that implements the described method showed that the protection sensitivity is sufficient to reliably detect the short circuit of two or more turns of any of the windings of the reactor. With the number of turns in the windings of controlled reactors of voltage classes of 110 ... 500 kV of the order of one thousand, protection covers more than 99% of the turns of both the network winding and the magnetizing winding, which significantly exceeds the performance of traditionally used transformer and reactor protectors.

Эффективность предлагаемого способа и возможный вариант его исполнения не зависят от схемы соединения сетевой обмотки. Обмотка подмагничивания также может иметь различные исполнения, скажем, содержать не 6, а 12 обмоток полуфаз. Существенным является лишь соединение обмоток подмагничивания в треугольник и наличие электрически уравновешенных по переменному току выводов, к которым подключается внешний источник постоянного тока для подмагничивания и на которых любым из существенных способов можно контролировать переменное напряжение, возникающее при внутренних повреждениях реактора. При этом схемотехника реализации предлагаемого способа защиты проста, надежна и может быть выполнена на любой элементной базе - электромеханической, полупроводниковой или цифровой. The effectiveness of the proposed method and its possible implementation does not depend on the connection scheme of the network winding. The magnetization winding can also have various designs, say, contain not 6, but 12 half-phase windings. The only important thing is the connection of the magnetization windings into a triangle and the presence of terminals electrically balanced by alternating current, to which an external DC source is connected for magnetization and on which any of the significant methods can control the alternating voltage that occurs when the reactor is damaged internally. Moreover, the circuitry for the implementation of the proposed method of protection is simple, reliable and can be performed on any element base - electromechanical, semiconductor or digital.

Следует также пояснить, что приведенные в описании традиционные способы защит трансформаторов и шунтирующих реакторов от внутренних повреждений не могут являться аналогами предлагаемого изобретения, поскольку их принцип действия и известные варианты реализации совершено отличны от предлагаемого. Максимальная, дифференциальная и газовая защиты упоминаются авторами для выявления преимуществ нового способа защиты перед известными по чувствительности и простоте исполнения. По этим причинам подробное описание упомянутых защит не приведено, а в формуле изобретения отсутствуют общие признаки и ограничительная часть. It should also be clarified that the traditional methods of protecting transformers and shunt reactors against internal damage described in the description cannot be analogues of the invention, since their principle of operation and known implementation options are completely different from the proposed one. Maximum, differential and gas protection are mentioned by the authors to identify the advantages of the new protection method over the known sensitivity and ease of implementation. For these reasons, a detailed description of the mentioned protections is not given, and in the claims there are no general features and a restrictive part.

Claims

A method of protecting a controlled reactor from internal short circuits, which consists in controlling the voltage between the points of the magnetization windings of the reactor electrically balanced by alternating current connected in a triangle to which an external DC source is connected, and when alternating voltage of industrial frequency appears between these points reactor shutdown signal.