RU2816694C1

RU2816694C1 - Device on reed switches for protection of converter installation rectifier

Info

Publication number: RU2816694C1
Application number: RU2023121077A
Authority: RU
Inventors: Иосиф Яковлевич Клецель; Марк Яковлевич Клецель; Нурлан Кайргельдинович Сулейменов
Original assignee: Иосиф Яковлевич Клецель
Filing date: 2023-08-10
Publication date: 2024-04-03

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, namely to relay protection equipment, and can be used to protect a rectifier of a converter installation in case of breakdown of its valves and detection of breaks in the power circuit. Device on reed switches for protection of rectifier of converter installation contains signalling unit and for each of phases from side of each diode of rectifier by first reed switch with contacts, which first plate is connected to AND element output, and the second is to the inverse input of the same element and to the input of the logic unit, by outputs connected through the OR element to the actuator, as well as for each of the phases on the side of each diode of the cathode and anode groups along the second and third reed switches with windings and contacts, two inductance coils, to the terminals of each of which an amplifier is connected, windings of first and second reed switches are connected to terminal of amplifier of one coil, winding of the second reed switch and, through the limiter and the rectifier, winding of the third reed switch are connected to the amplifier of the other coil, contacts of the second reed switch are connected to the direct input, and contacts of the third reed switch are connected to the inverse input of the signalling unit.

EFFECT: increased sensitivity of protection and detection of breaks in power circuit of rectifier of converter installation.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для защиты выпрямителя преобразовательной установки при пробое его вентилей и обнаружения обрывов в силовой цепи.The invention relates to electrical engineering, namely to relay protection technology, and can be used to protect the rectifier of a converter installation in the event of breakdown of its valves and detect breaks in the power circuit.

Известно устройство для защиты выпрямителя преобразовательной установки при пробое вентилей [Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. для вузов. - 4 изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк, 2006. - 639 с.], содержащее плавкие предохранители, включенные последовательно с каждым вентилем.A device is known for protecting the rectifier of a converter unit in case of breakdown of the valves [Andreev V.A. Relay protection and automation of power supply systems: Textbook. for universities. - 4th ed., revised. and additional - M.: Higher. shk, 2006. - 639 p.], containing fuses connected in series with each valve.

Недостатками этого устройства являются: малое быстродействие, необходимость отстройки от допустимых перегрузок, выход из строя плавкой вставки после срабатывания.The disadvantages of this device are: low speed, the need to adjust from permissible overloads, failure of the fuse-link after operation.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство на герконах для защиты выпрямителя преобразовательной установки [KZ №36077, Н02Н 7/08, опубл. 27.01.2023], принятое за прототип, содержащее блок сигнализации и для каждой из фаз со стороны каждого диода выпрямителя по первому геркону с обмоткой и контактами, первая пластина которого подключена к выходу элемента И, а вторая - к инверсному входу того же элемента и к входу блока логики, выходами подключенного через элемент ИЛИ к исполнительному органу.The closest to the proposed device is a device with reed switches to protect the rectifier of the converter unit [KZ No. 36077, N02N 7/08, publ. 01/27/2023], adopted as a prototype, containing an alarm unit and for each of the phases on the side of each rectifier diode there is a first reed switch with a winding and contacts, the first plate of which is connected to the output of the AND element, and the second - to the inverse input of the same element and to the input of the logic block, the outputs of which are connected through the OR element to the executive element.

Недостатком устройства является малая чувствительность в преобразовательных установках с малыми токами нагрузки, так как они создают магнитное поле с индукцией, недостаточной для срабатывания герконов, и поэтому приходится загрублять уставки защиты. Кроме того, устройство не контролирует обрыв в силовой цепи выпрямителя преобразовательной установки, что может привести к разрушению преобразователя от перегрузки из-за работы на двух фазах.The disadvantage of the device is its low sensitivity in converter installations with low load currents, since they create a magnetic field with an induction that is insufficient to trigger the reed switches, and therefore the protection settings have to be coarsened. In addition, the device does not monitor an open circuit in the rectifier power circuit of the converter unit, which can lead to destruction of the converter from overload due to operation on two phases.

Технический результат изобретения - повышение чувствительности защиты и обнаружение обрывов в силовой цепи выпрямителя преобразовательной установки.The technical result of the invention is to increase the sensitivity of protection and detect breaks in the power circuit of the converter unit rectifier.

Предложенное устройство на герконах для защиты выпрямителя преобразовательной установки также, как и в прототипе, содержит блок сигнализации и для каждой из фаз со стороны каждого диода выпрямителя по первому геркону с обмоткой и контактами, первая пластина которого подключена к выходу элемента И, а вторая - к инверсному входу того же элемента и к входу блока логики, выходами подключенного через элемент ИЛИ к исполнительному органу.The proposed device on reed switches for protecting the rectifier of the converter installation, just as in the prototype, contains an alarm unit and for each of the phases on the side of each rectifier diode there is a first reed switch with a winding and contacts, the first plate of which is connected to the output of the AND element, and the second - to the inverse input of the same element and to the input of the logic block, the outputs of which are connected through the OR element to the executive body.

Согласно изобретению, введены для каждой из фаз со стороны каждого диода катодной и анодной группы по второму и третьему геркону с обмотками и контактами, по две катушки индуктивности, к выводам каждой из которых подключен усилитель, к выводу усилителя одной катушки подключены обмотки первого и второго герконов, к усилителю другой катушки подключена обмотка второго и, через ограничитель и выпрямитель, обмотка третьего геркона, контакты второго геркона подключены к прямому входу, а контакты третьего геркона - к инверсному входу блока сигнализации.According to the invention, for each of the phases, on the side of each diode of the cathode and anode group, a second and third reed switch with windings and contacts, two inductance coils are introduced, an amplifier is connected to the terminals of each of them, the windings of the first and second reed switches are connected to the terminal of the amplifier of one coil , the winding of the second coil is connected to the amplifier of the other coil and, through a limiter and rectifier, the winding of the third reed switch is connected, the contacts of the second reed switch are connected to the direct input, and the contacts of the third reed switch are connected to the inverse input of the alarm unit.

Введение для каждой из фаз со стороны каждого диода катодной и анодной группы двух катушек индуктивности, двух усилителей, двух дополнительных герконов с обмотками, ограничителя и выпрямителя позволяет, по сравнению с прототипом, расширить область использования за счет возможности применять устройство в установках с малыми токами КЗ, а также сократить возможные повреждения от перегрузки преобразователя за счет контроля обрыва силовой цепи.The introduction for each of the phases on the side of each diode of the cathode and anode group of two inductors, two amplifiers, two additional reed switches with windings, a limiter and a rectifier allows, in comparison with the prototype, to expand the scope of use due to the ability to use the device in installations with low short-circuit currents , as well as reduce possible damage from converter overload by monitoring the power circuit break.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.The drawing shows a functional diagram of the device.

Устройство на герконах для защиты выпрямителя преобразовательной установки содержит первый 1 (чертеж) блок логики входами подключенного к первому 2, второму 3, третьему 4, четвертому 5, пятому 6 и шестому 7 герконам с первой 8, второй 9, третьей 10, четвертой 11, пятой 12 и шестой 13 управляющими обмотками и замыкающими контактами, а выходами - к входам элемента 14 ИЛИ. Исполнительный орган 15, входом подключен к выходу элемента 14 ИЛИ, а выходом - в цепь отключения выключателя 16, установленного в цепи питания трансформатора 17 преобразовательной установки. Первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21, пятый 22 и шестой 23 элементы И, выходами подключены к первым пластинам контактов первого 2, второго 3, третьего 4, четвертого 5, пятого 6 и шестого 7 герконов, прямыми входами - к «плюсу» первого источника оперативного тока, а инверсными - ко вторым пластинам контактов упомянутых герконов, к которым также подключены входы первого 1 блока логики. Первая 24, вторая 25, третья 26, четвертая 27, пятая 28, шестая 29, седьмая 30, восьмая 31, девятая 32, десятая 33, одиннадцатая 34, двенадцатая 35 катушки индуктивности закреплены вблизи проводников катодной и анодной группы выпрямителя. Первая 24 и вторая 25, седьмая 30 и восьмая 31 катушки индуктивности закреплены в магнитном поле проводников 36 и 37 фазы А, третья 26 и четвертая 27, девятая 32 и десятая 33 катушки индуктивности - в магнитном поле проводников 38 и 39 фазы В, пятая 28 и шестая 29, одиннадцатая 34 и двенадцатая 35 катушки индуктивности - в магнитном поле проводников 40 и 41 фазы С. Проводники 36, 38 и 40 первыми концами подключены к катодам вентилей 42, 43 и 44 катодной группы выпрямителя, а вторыми соединены в точке 45. Проводники 37, 39 и 41 первыми концами подключены к анодам вентилей 46, 47 и 48 анодной группы выпрямителя, а вторыми соединены в точке 49. Нагрузка 50 подключена к выпрямителю в точках 45 и 49. Выводы первой 24, второй 25, третьей 26, четвертой 27, пятой 28, шестой 29, седьмой 30, восьмой 31, девятой 32, десятой 33, одиннадцатой 34 и двенадцатой 35 катушек индуктивности подключены к входам первого 51, второго 52, третьего 53, четвертого 54, пятого 55, шестого 56, седьмого 57, восьмого 58, девятого 59, десятого 60, одиннадцатого 61 и двенадцатого 62 усилителей соответственно. Выходы первого 51, третьего 53, пятого 55, седьмого 57, девятого 59 и одиннадцатого 61 усилителей подключены к входам первого 63, второго 64, третьего 65, четвертого 66, пятого 67 и шестого 68 ограничителей напряжения, выходы последних подключены к входам первого 69, второго 70, третьего 71, четвертого 72, пятого 73 и шестого 74 выпрямителей, выходы которых подключены к выводам седьмой 75, восьмой 76, девятой 77, десятой 78, одиннадцатой 79 и двенадцатой 80 управляющих обмоток, надетых на седьмой 81, восьмой 82, девятый 83, десятый 84, одиннадцатый 85 и двенадцатый 86 герконы соответственно. Выходы второго 52, четвертого 54, шестого 56, восьмого 58, десятого 60 и двенадцатого 62 усилителей подключены к выводам первой 8, второй 9, третьей 10, четвертой 11, пятой 12 и шестой 13 управляющих обмоток, надетых на первый 2, второй 3, третий 4, четвертый 5, пятый 6 и шестой 7 герконы соответственно. Выводы тринадцатой 87, четырнадцатой 88, пятнадцатой 89, шестнадцатой 90, семнадцатой 91 и восемнадцатой 92 управляющих обмоток надеты на тринадцатый 93, четырнадцатый 94, пятнадцатый 95, шестнадцатый 96, семнадцатый 97, восемнадцатый 98 герконы и подключены к входам первого 63, второго 64, третьего 65, четвертого 66, пятого 67 и шестого 68 ограничителей соответственно. Девятнадцатая 99, двадцатая 100, двадцать первая 101, двадцать вторая 102, двадцать третья 103 и двадцать четвертая 104 управляющие обмотки также надеты на вышеупомянутые герконы, а выводами подключены к выходам второго 52, четвертого 54, шестого 56, восьмого 58, десятого 60 и двенадцатого 62 усилителей. К входам блока 105 сигнализации подключены замыкающие контакты седьмого 75, восьмого 76, девятого 77, десятого 78, одиннадцатого 79, двенадцатого 80, тринадцатого 93, четырнадцатого 94, пятнадцатого 95, шестнадцатого 96, семнадцатого 97 и восемнадцатого 98 герконов.The device on reed switches for protecting the rectifier of the converter installation contains the first 1 (drawing) logic block with inputs connected to the first 2, second 3, third 4, fourth 5, fifth 6 and sixth 7 reed switches with the first 8, second 9, third 10, fourth 11, the fifth 12 and sixth 13 control windings and closing contacts, and the outputs - to the inputs of element 14 OR. The executive body 15 is connected by its input to the output of element 14 OR, and by its output to the shutdown circuit of the switch 16 installed in the power supply circuit of the transformer 17 of the converter installation. The first 18, second 19, third 20, fourth 21, fifth 22 and sixth 23 AND elements, the outputs are connected to the first contact plates of the first 2, second 3, third 4, fourth 5, fifth 6 and sixth 7 reed switches, direct inputs - to " plus" of the first operational current source, and inverse - to the second contact plates of the mentioned reed switches, to which the inputs of the first 1 logic block are also connected. The first 24, second 25, third 26, fourth 27, fifth 28, sixth 29, seventh 30, eighth 31, ninth 32, tenth 33, eleventh 34, twelfth 35 inductors are fixed near the conductors of the cathode and anode groups of the rectifier. The first 24 and second 25, the seventh 30 and the eighth 31 inductors are fixed in the magnetic field of conductors 36 and 37 of phase A, the third 26 and fourth 27, the ninth 32 and tenth 33 inductors are fixed in the magnetic field of conductors 38 and 39 of phase B, the fifth 28 and the sixth 29, eleventh 34 and twelfth 35 inductors - in the magnetic field of conductors 40 and 41 of phase C. Conductors 36, 38 and 40 are connected with the first ends to the cathodes of valves 42, 43 and 44 of the cathode group of the rectifier, and the second are connected at point 45. Conductors 37, 39 and 41 are connected with the first ends to the anodes of valves 46, 47 and 48 of the anode group of the rectifier, and the second are connected at point 49. Load 50 is connected to the rectifier at points 45 and 49. The terminals of the first are 24, the second are 25, the third are 26, and the fourth 27, fifth 28, sixth 29, seventh 30, eighth 31, ninth 32, tenth 33, eleventh 34 and twelfth 35 inductors are connected to the inputs of the first 51, second 52, third 53, fourth 54, fifth 55, sixth 56, seventh 57 , eighth 58, ninth 59, tenth 60, eleventh 61 and twelfth 62 amplifiers, respectively. The outputs of the first 51, third 53, fifth 55, seventh 57, ninth 59 and eleventh 61 amplifiers are connected to the inputs of the first 63, second 64, third 65, fourth 66, fifth 67 and sixth 68 voltage limiters, the outputs of the latter are connected to the inputs of the first 69, the second 70, third 71, fourth 72, fifth 73 and sixth 74 rectifiers, the outputs of which are connected to the terminals of the seventh 75, eighth 76, ninth 77, tenth 78, eleventh 79 and twelfth 80 control windings placed on the seventh 81, eighth 82, ninth 83, tenth 84, eleventh 85 and twelfth 86 reed switches respectively. The outputs of the second 52, fourth 54, sixth 56, eighth 58, tenth 60 and twelfth 62 amplifiers are connected to the terminals of the first 8, second 9, third 10, fourth 11, fifth 12 and sixth 13 control windings placed on the first 2, second 3, the third 4, fourth 5, fifth 6 and sixth 7 reed switches respectively. The conclusions of the thirteenth 87, fourteenth 88, fifteenth 89, sixteenth 90, seventeenth 91 and eighteenth 92 control windings are put on the thirteenth 93, fourteenth 94, fifteenth 95, sixteenth 96, seventeenth 97, eighteenth 98 reed switches and connected to the inputs of the first 63, second 64 , the third 65, the fourth 66, the fifth 67 and the sixth 68 limiters, respectively. The nineteenth 99, twentieth 100, twenty-first 101, twenty-second 102, twenty-third 103 and twenty-fourth 104 control windings are also mounted on the above-mentioned reed switches, and the terminals are connected to the outputs of the second 52, fourth 54, sixth 56, eighth 58, tenth 60 and twelfth 62 amplifiers. The closing contacts of the seventh 75, eighth 76, ninth 77, tenth 78, eleventh 79, twelfth 80, thirteenth 93, fourteenth 94, fifteenth 95, sixteenth 96, seventeenth 97 and eighteenth 98 reed switches are connected to the inputs of the alarm block 105.

Устройство работает следующим образом. Ток при протекании через открытый вентиль и соединенный с ним проводник, создает магнитный поток с соответствующей этому току индукцией. Так ток, протекающий через вентили 42, 48, 43, 46, 44, 47, и проводники 36, 41, 38, 37, 40, 39, создает магнитный поток с индукцией B1, В2, В3, В4, В5, В6, соответственно ( не показано). Если В1≥Вср, то в цепи катушки индуктивности 25 и обмотоки 8 начинает течь ток и срабатывает геркон 2, если В2≥Вср - геркон 7, если В3≥Вср - геркон 3, если В4≥Вср - геркон 5, если В5≥Вср - геркон 4, если В6≥Вср - геркон 6. При срабатывании герконов 2, 3, 4, 5, 6 и 7 устройство работает точно также, как и устройство, принятое за прототип [KZ №36077, Н02Н 7/08, опубл. 27.01.2023].The device works as follows. Current flowing through an open valve and a conductor connected to it creates a magnetic flux with an induction corresponding to this current. Thus, the current flowing through valves 42, 48, 43, 46, 44, 47, and conductors 36, 41, 38, 37, 40, 39 creates a magnetic flux with induction B1, B2, B3, B4, B5, B6, respectively (not shown). If B1≥Vsr, then current begins to flow in the circuit of inductor 25 and winding 8 and reed switch 2 is triggered, if B2≥Vsr - reed switch 7, if B3≥Vsr - reed switch 3, if B4≥Vsr - reed switch 5, if B5≥Vsr - reed switch 4, if B6≥Vsr - reed switch 6. When reed switches 2, 3, 4, 5, 6 and 7 are triggered, the device operates exactly the same as the device adopted as the prototype [KZ No. 36077, N02N 7/08, publ. 01/27/2023].

Ток срабатывания 1 ср (порог срабатывания) герконов 81-86 в цепи катушек индуктивности 24, 26, 28, 30, 32 и 34 выбирается меньшим номинального тока 1н на выходе выпрямителя (из-за отсутствия необходимости отстройки от токов небаланса), но не больше Ixx, Icp≤Ixx. При отсутствии обрывов в силовой цепи выпрямителя, в проводниках 36-41 протекает ток, создающий магнитный поток и действующий через катушки 24, 26, 28, 30, 32, 34 индуктивности и управляющие обмотки 75-80 на герконы 81-86, которые срабатывают, подают сигналы на инверсные входы блока 105 сигнализации и остаются замкнутыми, таким образом сигналы обрыва силовой цепи отсутствуют. Пропадание тока, и, следовательно магнитного потока, в любом из проводников 36-41 сигнализирует об обрыве цепи на соответствующем участке. Контакты герконов 81-86 отпадают и на входах блока 105 сигнализации появляется сигнал о неисправности.The operating current 1 cp (operation threshold) of reed switches 81-86 in the circuit of inductors 24, 26, 28, 30, 32 and 34 is selected less than the rated current 1n at the output of the rectifier (due to the absence of the need for detuning from unbalance currents), but not more Ixx, Icp≤Ixx. In the absence of breaks in the rectifier power circuit, a current flows in conductors 36-41, creating a magnetic flux and acting through inductance coils 24, 26, 28, 30, 32, 34 and control windings 75-80 to reed switches 81-86, which are triggered, signals are sent to the inverse inputs of the alarm unit 105 and remain closed, so there are no power circuit break signals. The loss of current, and therefore magnetic flux, in any of the conductors 36-41 signals an open circuit in the corresponding section. The contacts of the reed switches 81-86 disappear and a fault signal appears at the inputs of the alarm unit 105.

Контроль в цепях катушек 24-35 индуктивности осуществляется с помощью герконов 93-98 с управляющими обмотками 87-92 и 99-104. Управляющие обмотки 87-92 питаются от катушек индуктивности 24, 26, 28, 30, 32 и 34, а обмотки 99-104 - от катушек 25, 27, 29, 31, 33 и 35. В нормальном режиме магнитные потоки обмоток 87-92 равны и противоположны потокам от обмоток 99-104, контакты герконов разомкнуты и сигналы в блоке 105 сигнализации отсутствуют.Control in the circuits of inductance coils 24-35 is carried out using reed switches 93-98 with control windings 87-92 and 99-104. Control windings 87-92 are powered by inductors 24, 26, 28, 30, 32 and 34, and windings 99-104 are powered by coils 25, 27, 29, 31, 33 and 35. In normal mode, the magnetic fluxes of windings 87-92 equal and opposite to the flows from windings 99-104, the reed switch contacts are open and there are no signals in the signaling block 105.

При обрыве или КЗ в цепи одной из групп катушек ток и, соотвественно, магнитный поток пропадет, а в другой из групп - останется, герконы сработают, и появится сигнал на входах блока 105 сигнализации.If there is a break or short circuit in the circuit of one of the groups of coils, the current and, accordingly, the magnetic flux will disappear, but in the other group it will remain, the reed switches will operate, and a signal will appear at the inputs of the alarm block 105.

Сигналы, поступающие на блок сигнализации, позволяют обслуживающему персоналу оперативно устранять возникающие неисправности, что ведет к значительному сокращению возможных отказов защиты в срабатывании.Signals received by the alarm unit allow maintenance personnel to promptly eliminate emerging faults, which leads to a significant reduction in possible protection failures.

Таким образом, устройство имеет высокую чувствительность, реагируя на аварии в начальные моменты их возникновения, и отключает аварийные токи при значениях, не опасных для выпрямителя. Также устройство обнаруживает обрывы в силовой цепи выпрямителя преобразовательной установки, предотвращая работу в неполнофазном режиме. Применение предложенного устройства в технике релейной защиты принесет значительный технико-экономический эффект за счет уменьшения разрушений преобразовательных установок при аварийных ситуациях.Thus, the device has high sensitivity, responding to accidents at the initial moments of their occurrence, and turns off emergency currents at values that are not dangerous for the rectifier. The device also detects breaks in the power circuit of the rectifier of the converter unit, preventing operation in open-phase mode. The use of the proposed device in relay protection technology will bring a significant technical and economic effect by reducing the destruction of converter installations in emergency situations.

Claims

A device on reed switches for protecting the rectifier of a converter installation, containing an alarm unit and for each of the phases on the side of each diode of the rectifier, a first reed switch with a winding and contacts, the first plate of which is connected to the output of the AND element, and the second - to the inverse input of the same element and to input of the logic block, outputs connected through the OR element to the actuator, characterized in that for each of the phases, from the side of each diode of the cathode and anode groups, the second and third reed switches with windings and contacts, two inductors, are introduced to the terminals of each of them an amplifier is connected, the windings of the first and second reed switches are connected to the amplifier output of one coil, the winding of the second is connected to the amplifier of the other coil and the winding of the third reed switch is connected through a limiter and rectifier, the contacts of the second reed switch are connected to the direct input, and the contacts of the third reed switch are connected to the inverse input of the alarm unit.