RU2779875C1 - Method for controlling circuit breakers in high and extra high voltage networks with power electromagnetic devices - Google Patents

Method for controlling circuit breakers in high and extra high voltage networks with power electromagnetic devices Download PDF

Info

Publication number
RU2779875C1
RU2779875C1 RU2022116407A RU2022116407A RU2779875C1 RU 2779875 C1 RU2779875 C1 RU 2779875C1 RU 2022116407 A RU2022116407 A RU 2022116407A RU 2022116407 A RU2022116407 A RU 2022116407A RU 2779875 C1 RU2779875 C1 RU 2779875C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
circuit breaker
detected
circuit
value
Prior art date
Application number
RU2022116407A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ян Леонардович Арцишевский
Николай Владимирович Беспалько
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2779875C1 publication Critical patent/RU2779875C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electric power industry.
SUBSTANCE: invention relates to the electric power industry. According to the method, in the process of monitoring the presence or absence of a unipolar current in the consumer circuits, the instantaneous values ​​of the unipolar current are additionally monitored. During repeating time intervals, high-frequency free oscillatory components of transient processes are filtered out. If, during the monitoring interval, the moments of current transition through zero value with a change in polarity are not detected and the instantaneous current values ​​are fixed only in the region exceeding the maximum allowable value of the direct switching current declared by the manufacturer of the circuit breaker, then the circuit breaker is blocked. If, during the monitoring interval, the moments of current transition through the zero value with a change in polarity or the entry of the instantaneous value into the region that does not exceed the maximum allowable value of the direct switching current declared by the manufacturer of the circuit breaker are detected, then the circuit breaker is allowed to open.
EFFECT: increasing the wear resistance of SF6 circuit breakers and preventing their damage.
8 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для предотвращения повреждений выключателей (например, элегазовых), через которые высокое (ВН) или сверхвысокое (СВН) напряжение подается на участки с силовыми электромагнитными высоковольтными аппаратами, в частности, с шунтирующими реакторами или силовыми трансформаторами (автотрансформаторами).The invention relates to the electric power industry and can be used to prevent damage to circuit breakers (for example, SF6), through which high (HV) or extra high (EHV) voltage is supplied to sections with high-voltage electromagnetic power devices, in particular, with shunt reactors or power transformers (autotransformers ).

При коммутации силового выключателя в цепи возникают электрические токи, содержащие принужденные и свободные составляющие, в том числе, апериодические. Результирующий ток в цепи силового выключателя в течение некоторого времени является однополярным, т.е. не имеет переходов через нулевое значение со сменой полярности. Это обусловлено резонансными условиями, определенными значениями реактивных сопротивлений электрических воздушных линий с установленными на них шунтирующими реакторами, а также параметрами броска тока намагничивания, такими как: начальная фаза включения, разновременность включения фаз выключаетелей, взаимное магнитное и токовое влияние фаз, остаточная намагниченность сердечника. Интервал однополярности располагается в диапазоне от нескольких периодов промышленной частоты до единиц секунд в зависимости от параметров схемы и сценарных условий.When switching a power switch, electric currents arise in the circuit, containing forced and free components, including aperiodic ones. The resulting current in the circuit breaker circuit is unipolar for some time, i.e. has no zero crossings with polarity reversal. This is due to resonant conditions, certain values of the reactive resistances of electric overhead lines with shunt reactors installed on them, as well as parameters of the magnetizing current inrush, such as: the initial phase of switching on, the timing of switching on the phases of the switches, the mutual magnetic and current influence of the phases, the residual magnetization of the core. The unipolarity interval ranges from several power frequency periods to a few seconds, depending on the circuit parameters and scenario conditions.

Длительное неотключение полюсом элегазового выключателя не переходящего через нулевое значение тока из-за наличия в нем большой апериодической составляющей приводят к авариям с последующим разрушением коммутационного оборудования и, как следствие, к необходимости его оперативной дорогостоящей замены. Разрушение выключателей обусловлено длительным горением дуги в межконтактном промежутке, что в свою очередь приводит к прогоранию контактов, перегреву дугогасящего газа, резкому повышению его давления и взрыву выключателя, который влечет за собой повреждение стоящего вокруг оборудования.Long-term non-switching off by the pole of the SF6 circuit breaker that does not pass through zero current due to the presence of a large aperiodic component in it leads to accidents with subsequent destruction of the switching equipment and, as a result, to the need for its prompt and costly replacement. The destruction of the circuit breakers is caused by prolonged arcing in the contact gap, which in turn leads to burnout of the contacts, overheating of the extinguishing gas, a sharp increase in its pressure and explosion of the circuit breaker, which causes damage to the surrounding equipment.

Известен способ обнаружения апериодических, по существу скачкообразных изменений амплитуды по меньшей мере одного электрического параметра, в особенности тока и/или напряжения в электрической сети (Патент RU №2525082, публ. 10.08.2014, МПК Н02Н 3/44), согласно которому предусматривается отключение от сети при неисправностях, которые сопровождаются апериодическими изменениями тока и/или напряжения, и на которые не реагируют другие защитные выключатели.A known method for detecting aperiodic, essentially abrupt changes in the amplitude of at least one electrical parameter, in particular the current and / or voltage in the electrical network (Patent RU No. 2525082, publ. from the mains in case of faults that are accompanied by aperiodic changes in current and / or voltage, and to which other protective switches do not react.

Недостатками настоящего технического решения являются неэффективность для коммутации выключателей сети высокого (ВН) или сверхвысокого (СВН) напряжения, т.к. попытка реализовать отключение при детектировании апериодической составляющей тока приведет к разрушению выключателя в условиях протекания однополярного тока. Изобретение относится к низкому классу напряжения (НН), где используются защитные автоматические выключатели.The disadvantages of this technical solution are the inefficiency for switching circuit breakers of high (HV) or extra high (EHV) voltage, tk. an attempt to implement a trip when an aperiodic current component is detected will lead to the destruction of the circuit breaker under conditions of the flow of a unipolar current. The invention relates to a low voltage class (LV), where protective circuit breakers are used.

Известны технические решения для управления силовым выключателем, особенно элегазовым, в которых детектирование апериодической составляющей тока переходного процесса предназначено не для отключения выключателя, а наоборот для недопущения его включения в условиях, когда попытка реализовать коммутацию выключателя по команде «отключить» на интервале однополярности отключаемого тока имеет существенные затруднения и чревата повреждением силового выключателя.Technical solutions are known for controlling a power circuit breaker, especially a SF6 circuit breaker, in which the detection of the aperiodic component of the transient current is intended not to turn off the circuit breaker, but, on the contrary, to prevent it from being turned on under conditions when an attempt to implement switching of the circuit breaker by the command "turn off" in the interval of unipolarity of the current to be turned off has significant difficulties and is fraught with damage to the circuit breaker.

Известен способ демпфирования апериодической составляющей в токе линейного выключателя, описанный в патенте RU №118490 на полезную модель «Устройство демпфирования апериодической составляющей в токе линейного выключателя» (публ. 20.07.2012, МПК Н02Р 13/00), предусматривающий перед коммутацией элегазового выключателя демпфирование (или подавление) апериодической составляющей путем установки в нейтралях шунтирующих реакторов, так называемых «предвключаемых резисторов», с помощью которых радикально изменяют параметры силовых цепей и, как следствие, исключают возникновение длительных интервалов однополярности тока.A method for damping the aperiodic component in the current of a linear switch is known, described in patent RU No. 118490 for the utility model "Device for damping the aperiodic component in the current of a linear switch" (published on 20.07.2012, IPC H02R 13/00), which provides damping before switching the SF6 circuit breaker ( or suppression) of the aperiodic component by installing shunt reactors in the neutrals, the so-called "pre-switching resistors", with the help of which the parameters of power circuits are radically changed and, as a result, the occurrence of long intervals of current unipolarity is excluded.

Недостатками настоящего технического решения являются возникновение новой апериодической составляющей тока при шунтировании резистора, ненадежность дешунтирования резисторов, не пригодность для бросков токов включения силовых трансформаторов и геоиндуцированных токов.The disadvantages of this technical solution are the emergence of a new aperiodic current component when shunting the resistor, the unreliability of shunting resistors, unsuitability for inrush currents switching on power transformers and geoinduced currents.

Известен способ подавления апериодической составляющей в токе линейного выключателя, описанный в патенте RU №117707 на полезную модель «Устройство подавления апериодической составляющей в токе линейного выключателя» (публ. 27.06.2012, МПК H01C 1/00), согласно которому перед коммутацией элегазового выключателя предусматривается подавление апериодической составляющей путем установки демпфирующего резистора между выводом высоковольтного выключателя и выводом шунтирующего реактора, второй вывод которого заземлен, так называемого «предвключаемого резистора», с помощью которого радикально изменяют параметры силовых цепей и, как следствие, исключают возникновение длительных интервалов однополярности тока.There is a known method of suppressing the aperiodic component in the current of the linear switch, described in patent RU No. 117707 for the utility model "Device for suppressing the aperiodic component in the current of the linear switch" (published on June 27, 2012, IPC H01C 1/00), according to which, before switching the SF6 circuit breaker, it is provided suppression of the aperiodic component by installing a damping resistor between the output of the high-voltage switch and the output of the shunt reactor, the second output of which is grounded, the so-called "pre-switching resistor", with the help of which the parameters of power circuits are radically changed and, as a result, the occurrence of long intervals of current unipolarity is excluded.

Недостатками настоящего технического решения являются возникновение новой апериодической составляющей тока при шунтировании резистора, ненадежность дешунтирования резисторов, не пригодность для бросков токов включения силовых трансформаторов и геоиндуцированных токов.The disadvantages of this technical solution are the emergence of a new aperiodic current component when shunting the resistor, the unreliability of shunting resistors, unsuitability for inrush currents switching on power transformers and geoinduced currents.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ управления элегазовыми выключателями в сетях ВН и СВН (публ. JP №2000188044, публ. 04.07.2000, МПК Н01Н 33/59), согласно которому выявляют апериодическую составляющую тока и минимизируют ее за счет управляемой коммутации, предполагающей настройку на включение выключателя в момент максимального значения сетевого напряжения. С целью повышения ресурса выключателя реализуют управляемое отключение при условии синусоидальности и возможности прогнозирования формы кривой аварийного тока или тока нагрузки и формирования команды на отключение с опережением времени действия выключателя до момента перехода тока через нулевое значение. Таким образом, обеспечивается возможность управления параметрами переходных процессов при коммутациях либо исключения интервалов однополярного тока.The closest in technical essence to the proposed invention is a method for controlling SF6 circuit breakers in HV and SVN networks (publ. JP No. 2000188044, pub. 04.07.2000, IPC H01N 33/59), according to which the aperiodic current component is detected and minimized due to controlled switching, which involves setting the switch to turn on at the moment of the maximum value of the mains voltage. In order to increase the life of the circuit breaker, a controlled shutdown is implemented under the condition of sinusoidality and the possibility of predicting the shape of the emergency current or load current curve and generating a command to turn off ahead of the time of the circuit breaker operation until the current passes through zero. Thus, it is possible to control the parameters of transient processes during switching or to exclude unipolar current intervals.

Недостатками настоящего технического решения является низкая эффективность управления вследствие коммутационных перенапряжений на линейной изоляции и на оборудовании, подключенном к линии, поскольку включение в максимум напряжения источника приводит к возникновению наибольшей переходной компоненты; формирования в момент включения линии дополнительной апериодической составляющей тока в линейном выключателе; невозможности реализации управляемого отключения при насыщении электромагнитных трансформаторов тока, особенно резко возникающем при резко-несинусоидальных формах первичного тока;The disadvantages of this technical solution is the low efficiency of control due to switching overvoltages on the line insulation and on the equipment connected to the line, since the inclusion of the source voltage in the maximum leads to the largest transient component; formation at the moment of switching on the line of an additional aperiodic component of the current in the linear switch; the impossibility of implementing a controlled shutdown during saturation of electromagnetic current transformers, which occurs especially sharply with sharply non-sinusoidal forms of the primary current;

Кроме того, в данном техническом решении не учитывают режимы, которые сопровождаются возникновением однополярных апериодических токов и последующем разрушением выключателя:In addition, this technical solution does not take into account the modes that are accompanied by the occurrence of unipolar aperiodic currents and the subsequent destruction of the switch:

- короткие замыкания (КЗ) на воздушных линиях (ВЛ), когда имеет место неселективное отключение выключателя шунтирующего реактора одноименной поврежденной фазы;- short circuits (SC) on overhead lines (VL), when there is a non-selective shutdown of the shunt reactor switch of the damaged phase of the same name;

- близкие КЗ на ВЛ или на шинах, при односторонней постановке под напряжение сети трансформатора (автотрансформатора) и наличии броска тока с последующим отключением выключателя;- close short circuits on overhead lines or on buses, with one-sided energization of the transformer (autotransformer) network and the presence of a current surge with subsequent disconnection of the circuit breaker;

- геоиндуцированные токи в цепях сетей с многократно заземленной нейтралью с длительностью периода в районе сотен секунд и амплитудой от единиц до десятков и даже сотен ампер, которые приводят к выходу из строя первичного оборудования и при наложении на основную частоту могут вызывать длительные интервалы однополярности.- geoinduced currents in circuits of networks with a repeatedly grounded neutral with a period duration of about hundreds of seconds and an amplitude from units to tens and even hundreds of amperes, which lead to failure of the primary equipment and, when superimposed on the main frequency, can cause long unipolarity intervals.

- затухающие колебательные процессы перезаряда емкостных и индуктивных элементов в условиях отключенных реактированных ВЛ ВН (СВН).- damped oscillatory processes of recharging capacitive and inductive elements under conditions of disconnected reacted VL VN (SVN).

Технической задачей предлагаемого изобретения является реализация управляемой адаптивной задержки отключения силового выключателя высокого и сверхвысокого напряжения в зависимости от формы кривой отключаемого тока.The technical objective of the proposed invention is the implementation of a controlled adaptive delay in switching off the power circuit breaker of high and extra high voltage, depending on the shape of the curve of the current to be switched off.

Технический результат заключается в повышении эффективности управления элегазовыми выключателями и, как следствие, повышении их износоустойчивости и предотвращении повреждений подобных выключателей.The technical result consists in increasing the efficiency of control of SF6 circuit breakers and, as a result, increasing their wear resistance and preventing damage to such circuit breakers.

Это достигается тем, что в известном способе управления выключателями в сетях высокого и сверхвысокого напряжения с силовыми электромагнитными аппаратами, согласно которому в цепях потребителей контролируют наличие или отсутствие однополярного тока, и при его наличии, осуществляют отключение выключателя с задержкой по времени до обнаружения момента перехода тока через нулевое значение с изменением полярности, в процессе контроля дополнительно отслеживают мгновенные значения однополярного тока, указанный контроль производят в течение повторяющихся интервалов времени, в каждом из интервалов контроля отфильтровывают высокочастотные свободные колебательные составляющие переходных процессов, при этом если в течение интервала контроля не обнаруживают моменты перехода тока через нулевое значение с изменением полярности и фиксируют мгновенные значения тока лишь в области, превышающей максимально допустимое значение постоянного тока коммутации, заявленное заводом-изготовителем выключателя, то блокируют отключение выключателя, а если в течение интервала контроля обнаруживают моменты перехода тока через нулевое значение с изменением полярности или вхождение мгновенного значения в область, не превышающую максимально допустимое значение постоянного тока коммутации, заявленное заводом-изготовителем выключателя, то разрешают отключение выключателя.This is achieved by the fact that in the known method of controlling switches in high and extra high voltage networks with power electromagnetic devices, according to which the presence or absence of a unipolar current is controlled in consumer circuits, and if it is present, the switch is turned off with a time delay until the moment of current transition is detected. through the zero value with a change in polarity, in the process of monitoring, the instantaneous values of the unipolar current are additionally monitored, the specified control is carried out for repeating time intervals, in each of the control intervals, high-frequency free oscillatory components of transients are filtered out, while if during the control interval no transition moments are detected current through the zero value with a change in polarity and fix the instantaneous current values only in the region exceeding the maximum allowable value of the direct switching current declared by the manufacturer of the switch, then b they block the circuit breaker trip, and if during the monitoring interval they detect the moments of the current passing through the zero value with a change in polarity or the entry of the instantaneous value into the region that does not exceed the maximum allowable value of the direct switching current declared by the circuit breaker manufacturer, then the circuit breaker is allowed to open.

При этом длительность интервалов контроля устанавливают в диапазоне 12-15 мс. Ток контролируют на стороне ВН или СВН в каждой фазе ВЛ, а для приема сигналов контроля и передачи сигналов управления выключателями используют прямые и обратные каналы радиосвязи. Ток контролируют на потенциале земли в цепи нейтрали силовых трансформаторов (автотрансформаторов) или шунтирующих реакторов со стороны нулевых выводов, а для приема сигналов контроля и передачи сигналов управления выключателями используют прямые и обратные каналы проводной связи.In this case, the duration of the control intervals is set in the range of 12-15 ms. The current is controlled on the HV or SVH side in each phase of the overhead line, and for receiving control signals and transmitting control signals by switches, direct and reverse radio channels are used. The current is controlled at the ground potential in the neutral circuit of power transformers (autotransformers) or shunt reactors from the side of zero terminals, and direct and reverse wired communication channels are used to receive control signals and transmit control signals to switches.

Блокируют отключение выключателя с помощью устройства блокировки, которое постоянно удерживают в спящем режиме и переводят в ограниченный по времени активный режим управляющими командами, при этом команды формируют по алгоритмам релейной защиты и автоматики или оперативным управлением.The circuit breaker opening is blocked using a blocking device, which is constantly kept in sleep mode and switched to a time-limited active mode by control commands, while the commands are generated according to relay protection and automation algorithms or operational control.

Блокируют отключение выключателя при обнаружении квазипостоянного геоиндуцированного тока, вызванного изменением геомагнитного поля при геомагнитных бурях, достигающего сотен ампер с частотой от 0,0001 до 0,1 Гц, имеющего длительные непереходы через ноль, опасные для элегазовых выключателей. Также блокируют отключение выключателя при обнаружении апериодической составляющей тока при близких КЗ на ВЛ или на шинах, при односторонней постановке под напряжение сети трансформатора (автотрансформатора) и наличии броска тока. Блокируют отключение выключателя реактора при КЗ на ВЛ или на шинах, когда возможно неселективное отключение выключателя шунтирующего реактора одноименной поврежденной фазы.Switch off is blocked when a quasi-permanent geoinduced current is detected, caused by a change in the geomagnetic field during geomagnetic storms, reaching hundreds of amperes with a frequency of 0.0001 to 0.1 Hz, having long non-transitions through zero, dangerous for SF6 circuit breakers. They also block the switch off when an aperiodic current component is detected at close short circuits on the overhead line or on the tires, when the transformer (autotransformer) network is energized one-sidedly and there is a current surge. They block the shutdown of the reactor switch in case of a short circuit on the overhead line or on the tires, when non-selective shutdown of the switch of the shunt reactor of the damaged phase of the same name is possible.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена общая структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ при контроле тока на стороне ВН или СВН в каждой фазе выключателя воздушной линии (ВН) (схема отображена только для одной фазы), на фиг. 2 показана общая структурная схема устройства, реализующего предложенный способ при контроле тока на потенциале земли в цепи нейтрали силовых трансформаторов (автотрансформаторов) или шунтирующих реакторов, на фиг. 3 показаны временные диаграммы при отсутствии переходов тока через нулевое значение и наличии сигнала команды «Отключить» от оперативного управления, где а - работа (алгоритм) устройства блокировки, б - временные диаграммы сигналов, поясняющие осуществление составных операций, на фиг. 4 представлены временные диаграммы включения ВЛ и КЗ в момент времени t=0,3 c, до затухания апериодической составляющей тока, где а - работа (алгоритм) устройства блокировки, б - временные диаграммы сигналов, поясняющие осуществление составных операций.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a general block diagram of a device that implements the proposed method when controlling the current on the HV or EHV side in each phase of the overhead line (HV) circuit breaker (the diagram is displayed for only one phase), in Fig. 2 shows a general block diagram of a device that implements the proposed method when controlling the current at the earth potential in the neutral circuit of power transformers (autotransformers) or shunt reactors, in fig. 3 shows the timing diagrams in the absence of current transitions through the zero value and the presence of the “Disable” command signal from the operational control, where a is the operation (algorithm) of the blocking device, b is the timing diagrams of signals explaining the implementation of composite operations, in Fig. 4 shows the time diagrams of switching on the overhead line and short circuit at the time t = 0.3 s, until the aperiodic component of the current decays, where a is the operation (algorithm) of the blocking device, b is the time diagrams of signals explaining the implementation of composite operations.

Устройство, реализующее предлагаемый способ для предотвращения повреждений элегазовых выключателей, изображенное на фиг. 1 и 2, содержит источник электроснабжения 1, подключенный с помощью элегазового выключателя 2 к потребителю (реактивная нагрузка) 3 в виде силового электромагнитного аппарата, например шунтирующего реактора или силового трансформатора (автотрансформатора), отдельно стоящий шкаф управления выключателем (ШУВ) 4, получающий управляющие воздействия от человеко-машинной системы управления конфигурацией электрической сети (СУ) 5, который выполнен с возможностью осуществления передачи управляющих воздействий устройству блокировки (УБ) отключения выключателя 6 по средствам прямого и обратного каналов узла радиосвязи 7.A device that implements the proposed method for preventing damage to SF6 circuit breakers, shown in Fig. 1 and 2, contains a power supply source 1 connected by means of a SF6 circuit breaker 2 to a consumer (reactive load) 3 in the form of a power electromagnetic device, for example, a shunt reactor or a power transformer (autotransformer), a separate switch control cabinet (SHUV) 4, which receives control actions from the human-machine system for managing the configuration of the electrical network (CS) 5, which is configured to transfer control actions to the blocking device (UB) for turning off the switch 6 by means of forward and reverse channels of the radio communication node 7.

Отличительной особенностью устройства, представленного на фиг. 2, является расположение устройства блокировки отключения выключателя 6 (УБ) не под потенциалом СВН, как реализовано на фиг. 1, а в сети нейтрали силового трансформатора (автотрансформатора) или реактора.A distinctive feature of the device shown in Fig. 2 is the location of the blocking device for switching off the circuit breaker 6 (CB) not under the potential of the EHV, as implemented in FIG. 1, but in the neutral network of a power transformer (autotransformer) or reactor.

Способ управления выключателями в сетях высокого и сверхвысокого напряжения с силовыми электромагнитными аппаратами осуществляется следующим образом.The method of controlling switches in high and extra high voltage networks with power electromagnetic devices is carried out as follows.

В разных частях электроэнергетических систем имеются участки, в которых ВН (СВН) от источника электроснабжения 1 через элегазовый выключатель 2 подается на участок с силовым электромагнитным высоковольтным аппаратом 3, в частности шунтирующим реактором или силовым трансформатором (автотрансформатором). Управление элегазовым выключателем 2 производится через аппаратуру ШУВ 4, который реализует команды «Включить» или «Отключить» СУ 5 конфигурацией электрической сети. Управляющие команды в СУ 5 формируются автоматически по алгоритмам релейной защиты и автоматики, а также человеком, выполняющим функции оперативного управления.In different parts of the electric power systems, there are sections in which HV (EHV) from the power supply 1 through the SF6 switch 2 is supplied to the section with the power electromagnetic high-voltage apparatus 3, in particular, a shunt reactor or a power transformer (autotransformer). The control of the SF6 circuit breaker 2 is carried out through the SHUV 4 equipment, which implements the “Enable” or “Disable” commands of the control system 5 by the configuration of the electrical network. Control commands in CS 5 are formed automatically according to the algorithms of relay protection and automation, as well as by the person performing the functions of operational control.

При коммутации элегазового выключателя 2 в цепи возникают электрические токи, содержащие принужденные и свободные составляющие, в том числе, апериодические (фиг. 3, а). При определенном сочетании значений реактивных сопротивлений индуктивной и емкостной проводимости ВЛ с установленными шунтирующими реакторами, или определенных значениях начальной фазы включения, разновременности включения фаз выключателей, взаимного магнитного и токового влияния фаз, остаточной намагниченности сердечника силового трансформатора (автотрансформатора) или реактора 3, определяющих параметры броска тока намагничивания, результирующее значение тока в цепи выключателя 2 в течение времени, когда ток имеет однополярный характер, т.е. не имеет переходов через нулевое значение со сменой полярности, распространяется на длительность от нескольких периодов промышленной частоты до единиц секунд, в зависимости от параметров схемы и сценарных условий. Попытка реализовать коммутацию по команде «отключить» на интервале однополярности отключаемого тока имеет известные затруднения и чревата повреждением элегазового выключателя.When switching the SF6 circuit breaker 2, electric currents arise in the circuit, containing forced and free components, including aperiodic ones (Fig. 3, a). With a certain combination of values of reactive resistances of inductive and capacitive conduction of overhead lines with installed shunt reactors, or certain values of the initial phase of switching on, the timing of switching on the phases of switches, the mutual magnetic and current influence of the phases, the residual magnetization of the core of a power transformer (autotransformer) or reactor 3, which determine the parameters of the throw magnetizing current, the resulting value of the current in the circuit of switch 2 during the time when the current has a unipolar character, i.e. has no zero crossings with polarity reversal, extends to a duration from several periods of industrial frequency to units of seconds, depending on the circuit parameters and scenario conditions. An attempt to implement switching on the “open” command in the interval of unipolarity of the current to be switched off has known difficulties and is fraught with damage to the SF6 circuit breaker.

Как уже указывалось, в энергосистемах разработаны и реализуются мероприятия, направленные на предотвращение повреждения силовых выключателей:As already mentioned, measures have been developed and are being implemented in power systems aimed at preventing damage to power circuit breakers:

- схемно-режимные, направленные на проектные ограничения и определение порядка включения первичного оборудования;- circuit-mode, aimed at design constraints and determining the order of switching on the primary equipment;

- установка в цепях с выключателями или в нейтралях шунтирующих реакторов так называемых «предвключаемых резисторов», которые радикально изменяют параметры силовых цепей с обеспечением подавления свободных составляющих и недопущения возникновения длительных интервалов однополярности;- installation in circuits with switches or in neutral shunt reactors of the so-called "pre-switching resistors", which radically change the parameters of power circuits to ensure the suppression of free components and prevent the occurrence of long intervals of unipolarity;

- оснащение аппаратуры шкафа управления выключателем дополнительным блоком, который обеспечивает реализацию управляемой несинхронной коммутаций силового выключателя в заданную фазу мгновенного значения контролируемой электрической величины с учетом времени действия привода силового выключателя.- equipping the circuit breaker control cabinet equipment with an additional unit that ensures the implementation of controlled non-synchronous switching of the power circuit breaker in a given phase of the instantaneous value of the controlled electrical quantity, taking into account the operating time of the power circuit breaker drive.

Перечисленные мероприятия, однако, обладают техническими ограничениями применения и характеризуются значениями параметра потока отказов, поэтому в обоснованных случаях требуют резервирования.The listed measures, however, have technical limitations of application and are characterized by the values of the failure rate parameter, therefore, in justified cases, they require redundancy.

Следует учитывать и еще один источник однополярных токов - геоиндуцированные токи в цепях сетей с многократно заземленной нейтралью с длительностью периода в районе сотен секунд и амплитудой от единиц до десятков и даже сотен ампер. Указанные выше мероприятия не могут влиять на космические (магнитосферные) явления, и при этом высоковольтные сети энергосистем должны быть устойчивы к воздействиям геомагнитных возмущений - геоиндуцированных токов и тому подобных явлений. Также опасность для коммутации представляют затухающие колебательные процессы перезаряда емкостных и индуктивных элементов в условиях отключенных реактированных ВЛ ВН (СВН) или КЗ на ВЛ, когда имеет место неселективное отключение выключателя шунтирующего реактора одноименной поврежденной фазы.Another source of unipolar currents should also be taken into account - geoinduced currents in circuits of networks with a repeatedly grounded neutral with a period duration in the region of hundreds of seconds and an amplitude from units to tens and even hundreds of amperes. The above measures cannot affect space (magnetospheric) phenomena, and at the same time, high-voltage networks of power systems must be resistant to the effects of geomagnetic disturbances - geoinduced currents and similar phenomena. Also, damped oscillatory processes of recharging capacitive and inductive elements in the conditions of disconnected reacted VL VN (SVN) or short circuit on VL, when there is a non-selective shutdown of the switch of the shunt reactor of the damaged phase of the same name, are also dangerous for switching.

Для осуществления функции блокировки отключения однополярного тока при коммутации выключателя ВН (СВН) в цепях каждой фазы устанавливают У Б 6. Если контроль тока осуществляется на стороне ВН или СВН, то для приема сигналов контроля и передачи сигналов управления выключателями используют прямые и обратные радиоканалы узла связи 7. Если же ток контролируется на потенциале земли в цепи нейтрали силовых трансформаторов (автотрансформаторов) или шунтирующих реакторов, для приема сигналов контроля и передачи сигналов управления выключателями используют прямые и обратные проводные каналы узла связи 7.To implement the function of blocking the shutdown of a unipolar current when switching a HV (SVN) switch, U B 6 is installed in the circuits of each phase. 7. If the current is controlled at the ground potential in the neutral circuit of power transformers (autotransformers) or shunt reactors, direct and reverse wire channels of the communication node 7 are used to receive control signals and transmit control signals to switches.

При поступлении от СУ 5 в ШУВ 4 команды «Включить» и/или «Отключить» выключатель, по сигналу от ШУВ 4 по прямому каналу узла связи 7 передаются в УБ 6 команды «Перейти в активный режим». Каждый УБ 6 переходит в активный режим, осуществляет самоконтроль и по обратному каналу 7 сообщает о готовности к действию.Upon receipt from SU 5 to SHV 4 commands "Enable" and/or "Turn off" the switch, the signal from SS 4 through the direct channel of the communication node 7 is transmitted to UB 6 command "Switch to active mode". Each UB 6 goes into active mode, performs self-control and through the reverse channel 7 reports readiness for action.

В активном режиме УБ 6 вырабатывает и передает по обратному каналу узла связи 7 в ШУВ 4 сигнал «Блокировка» в случае, когда при наличии первичного тока в течение длительности интервала контроля (12-15 мс) не обнаруживают моменты перехода тока через нулевое значение с изменением полярности и фиксируют мгновенные значения тока лишь в области, превышающей максимально допустимое значение постоянного тока коммутации, заявленное заводом-изготовителем выключателя.In the active mode, UB 6 generates and transmits via the reverse channel of the communication node 7 to the SHUV 4 the “Lock” signal in the case when, in the presence of a primary current, during the duration of the control interval (12-15 ms), the moments of current transition through zero value with a change are not detected. polarity and fix instantaneous current values only in the area exceeding the maximum allowable value of direct switching current, declared by the manufacturer of the switch.

Если же в активном режиме при наличии первичного тока УБ 6 в интервале контроля обнаруживает моменты перехода тока через нулевое значение с изменением полярности или вхождение мгновенного значения тока в область, не превышающую максимально допустимый постоянный ток коммутации, заявленный заводом-изготовителем выключателя, то по обратному каналу узла связи 7 в ШУВ 4 передается сигнал «Разрешение» коммутации.If, in active mode, in the presence of a primary current, UB 6 detects in the control interval the moments of the current passing through the zero value with a change in polarity or the entry of the instantaneous value of the current into the region that does not exceed the maximum allowable direct switching current declared by the manufacturer of the circuit breaker, then via the reverse channel communication node 7 in SHUV 4 is transmitted signal "Permission" switching.

Отметим, что как наличие (отсутствие) моментов перехода тока через нулевое значение, так и превышение (непревышение) мгновенного значения тока максимально допустимого постоянного тока коммутации фиксируются микропроцессорным контроллером, входящим в состав УБ 6. С помощью указанного контроллера осуществляется также фильтрация сигналов, исключающая высокочастотные свободные колебательные составляющие переходных процессов, которые могут приводить к ложному деблокированию УБ 6 при протекании однополярного тока.It should be noted that both the presence (absence) of the moments of current transition through the zero value, and the excess (non-exceedance) of the instantaneous current value of the maximum allowable direct switching current are fixed by the microprocessor controller, which is part of UB 6. With the help of this controller, signals are also filtered, excluding high-frequency free oscillatory components of transients, which can lead to a false release of UB 6 during the flow of a unipolar current.

ШУВ 4 формирует команды на привод элегазового выключателя 2 в зависимости от сигналов от УБ 6 и задерживает команду «Отключить» при наличии сигнала «Блокировка» вплоть до момента исчезновения сигнала «Блокировка» и появления сигнала «Разрешение» коммутации. При не поступлении от УБ 6 по обратному каналу узла связи 7 сигнала «Готовность», реализуются команды от СУ 5 по алгоритмам, действующим в настоящее время, например, с задержкой по времени.SHUV 4 generates commands for the drive of the SF6 circuit breaker 2 depending on the signals from the UB 6 and delays the "Disable" command in the presence of the "Lock" signal until the disappearance of the "Lock" signal and the appearance of the "Enable" switching signal. If you do not receive from the UB 6 on the reverse channel of the communication node 7 signal "Ready", the commands are implemented from the control system 5 according to the algorithms currently in force, for example, with a time delay.

Подчеркнем, что при практической реализации данного технического решения блокирование отключения элегазового выключателя 2 может быть выполнено с использованием прогнозирования времени затухания свободной апериодической компоненты броска тока включения до безопасных для коммутации значений с учетом собственного времени отключения присоединения.We emphasize that in the practical implementation of this technical solution, blocking the trip of the SF6 circuit breaker 2 can be performed using the prediction of the decay time of the free aperiodic component of the turn-on current surge to values that are safe for switching, taking into account the intrinsic disconnection time of the connection.

На осциллограммах фиг. 3 а, б проиллюстрированы включение ВЛ и команда «Отключить» до момента затухания апериодической составляющей тока от оперативного управления, а на фиг. 4 а, б - включение ВЛ и КЗ в момент времени t=0,3 c, до затухания апериодической составляющей тока.On the oscillograms of Fig. 3 a, b illustrate the switching on of the overhead line and the "Turn off" command until the moment of attenuation of the aperiodic current component from the operational control, and in Fig. 4 a, b - switching on the overhead line and short circuit at the time t = 0.3 s, until the aperiodic component of the current is attenuated.

На фиг. 3, а и фиг. 4, а представлены сигналы:In FIG. 3a and fig. 4, and the signals are presented:

I - первичного тока при одностороннем включении ВЛ 750 кВ с ШР 3×110МВА;I - primary current with one-sided switching on of 750 kV overhead lines with 3 × 110 MVA SR;

II - команд от системы 5 управления, в том числе от релейной защиты;II - commands from the control system 5, including from relay protection;

III - блокировки отключения однополярного тока УБ 6;III - blocking off the unipolar current UB 6;

IV - положения выключателя 2.IV - switch positions 2.

На фиг. 3, б и фиг. 4, б представлены сигналы, отображающие положения составных органов, участвующих в реализации предложенного способа:In FIG. 3b and fig. 4b shows the signals representing the positions of the constituent organs involved in the implementation of the proposed method:

V - «Пуск» устройства блокировки УБ 6;V - "Start" blocking device UB 6;

VI - активный режим УБ 6;VI - active mode UB 6;

VII - «Блокировка» от УБ 6 в ШУВ 4;VII - "Block" from UB 6 to SHUV 4;

VIII - «Разрешение» от УБ 6 в ШУВ 4.VIII - "Permission" from UB 6 to SHUV 4.

На осциллограмме фиг. 3 а, б продемонстрирована работа (алгоритм) УБ 6 при отсутствии переходов тока через нулевое значение и наличии сигнала команды «Отключить» от оперативного управления системы СУ 5. В представленной фазе присутствует апериодическая составляющая с постоянной времени, значительно превышающей период принужденных колебаний. Отключение элегазового выключателя 2 ВЛ на интервале однополярности кривой тока обуславливает опасность, вызванную невозможностью разорвать дугу из-за наличия апериодической составляющей в полном токе выключателя 2. Подобная ситуация приводит к повреждению выключателя 2 и возможному выходу ВЛ ВН (СВН) из строя, что крайне негативно сказывается на надежности энергосистемы. Алгоритм УБ 6 блокирует коммутацию на интервале однополярности кривой тока и элегазовый выключатель 2 успешно отключается после затухания апериодической составляющей тока до безопасных значений.On the oscillogram of Fig. 3 a, b demonstrates the operation (algorithm) of UB 6 in the absence of current transitions through the zero value and the presence of the “Turn off” command signal from the operational control of the CS 5 system. In the presented phase, there is an aperiodic component with a time constant significantly exceeding the period of forced oscillations. Switching off the SF6 circuit breaker 2 of the overhead line in the interval of the unipolarity of the current curve causes a danger caused by the impossibility of breaking the arc due to the presence of an aperiodic component in the full current of the circuit breaker 2. This situation leads to damage to the circuit breaker 2 and possible failure of the overhead line VN (SVN), which is extremely negative affects the reliability of the power system. Algorithm UB 6 blocks switching in the interval of unipolarity of the current curve and SF6 circuit breaker 2 is successfully switched off after the aperiodic current component decays to safe values.

На осциллограмме фиг. 4 а, б продемонстрирована работа (алгоритм) УБ 6 при КЗ на ВЛ. В токе КЗ также содержится апериодическая составляющая, которая в предельном максимальном случае может быть равна принужденной периодической составляющей промышленной частоты. Алгоритм УБ 6 разрешает коммутацию менее чем через 10 мс после возникновения КЗ, что в свою очередь не приводит к замедлению действия релейной защиты и элегазовый выключатель 2 успешно отключается.On the oscillogram of Fig. 4 a, b demonstrates the operation (algorithm) of UB 6 during a short circuit on an overhead line. The short circuit current also contains an aperiodic component, which in the limiting maximum case can be equal to the forced periodic component of the industrial frequency. Algorithm UB 6 allows switching in less than 10 ms after the occurrence of a short circuit, which in turn does not slow down the action of the relay protection and the SF6 circuit breaker 2 is successfully turned off.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить эффективность управления элегазовыми выключателями. При этом повышается износоустойчивость, и предотвращаются повреждения элегазовых выключателей. Способ является бесконфликтным техническим решением, его применение положительно сказывается на общей надежности электроэнергетической системы.Thus, the proposed method makes it possible to increase the efficiency of control of SF6 circuit breakers. This increases wear resistance and prevents damage to SF6 circuit breakers. The method is a conflict-free technical solution, its application has a positive effect on the overall reliability of the electric power system.

Claims (8)

1. Способ управления элегазовыми выключателями в сетях ВН и СВН с силовыми электромагнитными аппаратами, согласно которому в цепях выключателей контролируют наличие или отсутствие однополярного тока и при его наличии осуществляют отключение выключателя с задержкой по времени до обнаружения момента перехода тока через нулевое значение с изменением полярности, отличающийся тем, что в процессе контроля дополнительно отслеживают мгновенные значения однополярного тока, указанный контроль производят в течение повторяющихся интервалов времени, в каждом из интервалов контроля отфильтровывают высокочастотные свободные колебательные составляющие переходных процессов, при этом если в течение интервала контроля не обнаруживают моменты перехода тока через нулевое значение с изменением полярности и фиксируют мгновенные значения тока лишь в области, превышающей максимально допустимое значение постоянного тока коммутации, заявленное заводом-изготовителем выключателя, то блокируют отключение выключателя, а если в течение интервала контроля обнаруживают моменты перехода тока через нулевое значение с изменением полярности или вхождение мгновенного значения в область, не превышающую максимально допустимое значение постоянного тока коммутации, заявленное заводом-изготовителем выключателя, то разрешают отключение выключателя.1. A method for controlling SF6 circuit breakers in HV and SVN networks with power electromagnetic devices, according to which the presence or absence of a unipolar current is monitored in the circuits of the switches and, if present, the circuit breaker is turned off with a time delay until the moment of current transition through the zero value with a change in polarity is detected, characterized in that during the monitoring process, the instantaneous values of the unipolar current are additionally monitored, the specified monitoring is carried out over repeated time intervals, in each of the monitoring intervals, high-frequency free oscillatory components of transient processes are filtered out, while if during the monitoring interval the moments of current transition through zero are not detected value with polarity reversal and fix instantaneous current values only in the area exceeding the maximum allowable value of direct switching current declared by the manufacturer of the circuit breaker, then block the trip of the circuit breaker i, and if, during the monitoring interval, the moments of the current transition through the zero value with a change in polarity or the entry of the instantaneous value into the region that does not exceed the maximum allowable value of the direct switching current declared by the manufacturer of the circuit breaker are detected, then the circuit breaker is allowed to turn off. 2. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что длительность интервалов контроля устанавливают в диапазоне 12-15 мс.2. The control method according to claim 1, characterized in that the duration of the control intervals is set in the range of 12-15 ms. 3. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что ток контролируют на стороне ВН или СВН в каждой фазе ВЛ, а для приема сигналов контроля и передачи сигналов управления выключателями используют прямые и обратные каналы радиосвязи.3. The control method according to claim 1, characterized in that the current is controlled on the HV or EHV side in each phase of the overhead line, and for receiving control signals and transmitting control signals by switches, direct and reverse radio channels are used. 4. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что ток контролируют на потенциале земли в цепи нейтрали силовых трансформаторов/автотрансформаторов или шунтирующих реакторов со стороны нулевых выводов, а для приема сигналов контроля и передачи сигналов управления выключателями используют прямые и обратные каналы проводной связи.4. The control method according to claim 1, characterized in that the current is controlled at the ground potential in the neutral circuit of power transformers / autotransformers or shunt reactors from the side of zero terminals, and for receiving control signals and transmitting control signals by switches, direct and reverse wired communication channels are used . 5. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что блокируют отключение выключателя с помощью устройства блокировки, которое постоянно удерживают в спящем режиме и переводят в ограниченный по времени активный режим управляющими командами, при этом команды формируют по алгоритмам релейной защиты и автоматики или оперативным управлением.5. The control method according to claim 1, characterized in that the circuit breaker trip is blocked using a blocking device, which is constantly kept in sleep mode and switched to a time-limited active mode by control commands, while the commands are generated according to relay protection and automation algorithms or operational management. 6. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что блокируют отключение выключателя при обнаружении квазипостоянного геоиндуцированного тока, вызванного изменением геомагнитного поля при геомагнитных бурях, достигающего сотен ампер с частотой от 0,0001 до 0,1 Гц, имеющего длительные непереходы через ноль.6. The control method according to claim 1, characterized in that they block the switch off when a quasi-permanent geoinduced current is detected, caused by a change in the geomagnetic field during geomagnetic storms, reaching hundreds of amperes with a frequency of 0.0001 to 0.1 Hz, having long non-transitions through zero . 7. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что блокируют отключение выключателя при обнаружении апериодической составляющей тока при близких КЗ на ВЛ или на шинах, при односторонней постановке под напряжение сети трансформатора/автотрансформатора и наличии броска тока.7. The control method according to claim 1, characterized in that it blocks the circuit breaker from opening when an aperiodic current component is detected at close short circuits on the overhead line or on the buses, when the transformer / autotransformer network is energized one-sidedly and there is a current surge. 8. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что блокируют отключение выключателя реактора при КЗ на ВЛ или на шинах, когда возможно неселективное отключение выключателя шунтирующего реактора одноименной поврежденной фазы.8. The control method according to claim 1, characterized in that the shutdown of the reactor circuit breaker is blocked in the event of a short circuit on the overhead line or on the buses, when a non-selective shutdown of the shunt reactor circuit breaker of the damaged phase of the same name is possible.
RU2022116407A 2022-06-17 Method for controlling circuit breakers in high and extra high voltage networks with power electromagnetic devices RU2779875C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2779875C1 true RU2779875C1 (en) 2022-09-14

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000188044A (en) * 1998-12-21 2000-07-04 Mitsubishi Electric Corp Phase control switching device
RU2233525C2 (en) * 2000-06-02 2004-07-27 Рэйтеон Компани Short circuit detection system for switch
RU117707U1 (en) * 2011-12-08 2012-06-27 Ооо Научно-Производственное Предприятие "Энергоконсалт" DEVICE OF SUPPRESSION OF THE ACERIODIC COMPONENT IN THE CURRENT OF A LINEAR CIRCUIT BREAKER
RU118490U1 (en) * 2011-12-28 2012-07-20 Ооо Научно-Производственное Предприятие "Энергоконсалт" DAMPING DEVICE OF APERIODIC COMPONENT IN A LINE CIRCUIT CURRENT
RU2525082C2 (en) * 2009-02-23 2014-08-10 Итон Гмбх Protective circuit breaker with detection of aperiodic current variation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000188044A (en) * 1998-12-21 2000-07-04 Mitsubishi Electric Corp Phase control switching device
RU2233525C2 (en) * 2000-06-02 2004-07-27 Рэйтеон Компани Short circuit detection system for switch
RU2525082C2 (en) * 2009-02-23 2014-08-10 Итон Гмбх Protective circuit breaker with detection of aperiodic current variation
RU117707U1 (en) * 2011-12-08 2012-06-27 Ооо Научно-Производственное Предприятие "Энергоконсалт" DEVICE OF SUPPRESSION OF THE ACERIODIC COMPONENT IN THE CURRENT OF A LINEAR CIRCUIT BREAKER
RU118490U1 (en) * 2011-12-28 2012-07-20 Ооо Научно-Производственное Предприятие "Энергоконсалт" DAMPING DEVICE OF APERIODIC COMPONENT IN A LINE CIRCUIT CURRENT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107966633B (en) Method and system for rapidly judging single-phase earth fault line of power distribution network of power supply system
EP3206217B1 (en) Dc circuit breaker
US10148080B2 (en) Single-phase-to-earth fault processing device and method for neutral non-effectively grounded distribution network
CA2178356C (en) A high voltage electric power line current limiter
JP2016213179A (en) DC circuit breaker and method of use
US10998710B2 (en) High-voltage DC cut-off device
CN111474466B (en) Circuit arrangement and method for detecting closed switch contacts and for protecting ground conductors against interruption
KR102104835B1 (en) Gis for 29kv with prevention apparatus for secondary circuit opening of current transformer
EP2624396A2 (en) Arc control in a fuse protected system
KR20150130182A (en) Fault current limiter
RU2779875C1 (en) Method for controlling circuit breakers in high and extra high voltage networks with power electromagnetic devices
US20110178649A1 (en) Method for preventing electric shock by contact with connected-to-ground electric appliances and installations, and apparatus therefor
CN210780092U (en) Arc and harmonic elimination device
RU2317622C1 (en) METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING FEEDER SWITCH OF AC, 27.5 AND 2 × 27.5 kV TRACTION SUBSTATIONS
KR101030193B1 (en) Distrtibuting board cabinet panel with neutral line replacement and method thereof
EP2575152B1 (en) Portable arc preventing device
KR20170042070A (en) Apparatus and method for preventing disaster caused by short-circuit in electric power systems
EP0552002A1 (en) A breaker apparatus for connection between a power line and an external circuit, and a method of operation thereof
RU2816694C1 (en) Device on reed switches for protection of converter installation rectifier
SU1138874A1 (en) Device for protecting against earth leakage in isolated neutral system
RU2767501C1 (en) Power line partitioning device
RU2663413C1 (en) Overhead power transmission line automatic re-closure method
GB2487918A (en) DC power network protection system
SU748671A1 (en) Device for disconnection of electric equipment at short-circuiting in ac network
Kuchanskyy The measures for suppression aperiodic current component in extra-high voltage lines 750 kV