RU93593U1

RU93593U1 - DEVICE FOR PROTECTION OF THE CONTROLLED BYPASS REACTOR FROM WIND CIRCUITS OF THE WINDING

Info

Publication number: RU93593U1
Application number: RU2009147343/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Ивакин; Андрей Андреевич Магницкий
Original assignee: Открытое Акционерное Общество Холдинговая Компания "Электрозавод" (Оао "Электрозавод")
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2010-04-27

Abstract

Устройство защиты управляемого шунтирующего реактора от витковых замыканий обмотки, имеющего две параллельные сетевые обмотки, расположенные на разных стержнях магнитопровода, каждая из которых расщеплена на две части и соединена с нейтральным выводом, содержащее трансформаторы тока с двумя первичными обмотками и вторичной обмоткой, подключенной к реагирующим органам защиты, отличающееся тем, что управляемый шунтирующий реактор выполнен с источником постоянного тока подмагничивания, подключенным к сетевым обмоткам через нейтральные выводы, при этом первичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно с расщепленными частями этих же обмоток, расположенными на разных стержнях магнитопровода, а вторичные обмотки подключены к реагирующим органам защиты по дифференциальной схеме. A device for protecting a controlled shunt reactor against winding circuit faults having two parallel network windings located on different terminals of the magnetic circuit, each of which is split into two parts and connected to a neutral terminal, containing current transformers with two primary windings and a secondary winding connected to the reacting organs protection, characterized in that the controlled shunt reactor is made with a DC bias source connected to the network windings through a neutral e findings, the primary windings of the current transformers are connected in series with split parts of the windings located on different cores of the magnetic circuit, and the secondary windings are connected to the protection of reactive bodies differential circuit.

Description

Заявляемое техническое решение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты управляемых шунтирующих реакторов, и может быть использовано для защиты от витковых замыканий и замыканий на корпус обмоток управляемых шунтирующих реакторов, подмагничивание которых осуществляется постоянным током, протекающим по защищаемым сетевым обмоткам.The claimed technical solution relates to electrical engineering, in particular to protection devices of controlled shunt reactors, and can be used to protect against winding circuits and short circuits on the body of the windings of controlled shunt reactors, the magnetization of which is carried out by direct current flowing through the protected network windings.

Известны устройства релейной защиты от коротких замыканий, применяемые на шунтирующих реакторах: максимальная токовая защита, продольная дифференциальная токовая защита, токовая защита нулевой последовательности, газовая защита (Федосеев A.M., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем. М. Энергоатомиздат, 1992 [1]). Однако эти виды защит не обеспечивают достаточной чувствительности и быстродействия при витковых замыканиях обмотки, которые являются одним из основных видов повреждений, вызывающих тяжелые последствия. Продольная дифференциальная защита, по своему принципу работы, не реагирует на витковые замыкания. Токовая защита нулевой последовательности имеет большую выдержку времени. Газовая защита рассматривается, как правило, только в качестве резервной, а время ее срабатывания достаточно большое.Known relay protection devices against short circuits used in shunt reactors: maximum current protection, longitudinal differential current protection, zero sequence current protection, gas protection (Fedoseev AM, Fedoseev MA Relay protection of electric power systems. M. Energoatomizdat, 1992 [1 ]). However, these types of protections do not provide sufficient sensitivity and speed when the windings are closed, which are one of the main types of damage that cause serious consequences. Longitudinal differential protection, by its principle of operation, does not respond to coil circuits. Zero sequence current protection has a long time delay. Gas protection is usually considered only as a backup, and its response time is quite long.

Известно устройство релейной защиты управляемого реактора от внутренних коротких замыканий, состоящее из защиты нулевой последовательности с блокировкой по напряжению и с изменяемой уставкой срабатывания (Патент RU №2126195, кл. Н02Н 7/045, опубл. 10.02.1999 г. Устройство защиты управляемого реактора от внутренних коротких замыканий [2]). Однако данное устройство, по принципу работы, не позволяет определить конкретную фазу реактора, в которой произошло короткое замыкание, что приводит к увеличению затрат на ремонтно-восстановительные работы, связанные с поиском места повреждения.A device for relay protection of a controlled reactor against internal short circuits, consisting of protection of the zero sequence with voltage blocking and with a variable setpoint response (Patent RU No. 2126195, CL H2N 7/045, publ. 02/10/1999, device for protecting the controlled reactor from internal short circuits [2]). However, this device, by the principle of operation, does not allow to determine the specific phase of the reactor in which a short circuit occurred, which leads to an increase in the cost of repair and restoration work associated with finding the place of damage.

Наиболее близким техническим решением является устройство защиты от витковых замыканий обмотки на основе поперечной защиты и дифференциального трансформатора тока (Патент RU №2224343, кл. Н02Н 7/045, опубл. 20.02.2004 г. Устройство защиты от витковых коротких замыканий обмотки индукционного аппарата [3]). Данное устройство защиты использует конструктивную особенность высоковольтных шунтирующих реакторов, а именно - расщепление сетевой обмотки реактора на две параллельные обмотки, что позволяет обеспечить сравнение токов двух параллельных обмоток в дифференциальном трансформаторе тока, вторичная обмотка которого подключена к реагирующим органам защиты.The closest technical solution is a winding protection device based on transverse protection and a differential current transformer (Patent RU No. 2224343, class Н02Н 7/045, published February 20, 2004. Protection device against winding short circuits of an induction apparatus winding [3 ]). This protection device uses a design feature of high-voltage shunt reactors, namely, splitting the network winding of the reactor into two parallel windings, which makes it possible to compare the currents of two parallel windings in a differential current transformer, the secondary winding of which is connected to the reactive protection organs.

Однако данное устройство, в заявленном виде, не может работать в схеме управляемого шунтирующего реактора при протекании в сетевой обмотке постоянного тока подмагничивания, создаваемом внешним источником постоянного тока, подключаемом между заземляемыми выводами сетевой обмотки, из-за насыщения трансформатора тока. Мощные высоковольтные шунтирующие реакторы, как правило, выполняют однофазными. Трехфазный шунтирующий реактор состоит из трех однофазных.However, this device, in the declared form, cannot operate in a controlled shunt reactor circuit when the DC magnetization in the mains winding is generated by an external direct current source connected between the grounded terminals of the mains winding due to saturation of the current transformer. Powerful high-voltage shunt reactors, as a rule, perform single-phase. A three-phase shunt reactor consists of three single-phase.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в обеспечении работы защиты управляемого шунтирующего реактора от витковых замыканий и замыканий обмоток на корпус в условиях протекания в сетевых обмотках токов, содержащих постоянную составляющую, одновременно позволяя выявлять конкретную фазу трехфазного реактора, в котором происходит повреждение, т.е. защита должна быть пофазной.The problem to which the claimed technical solution is directed is to provide protection for the controlled shunt reactor from windings and windings to the casing under conditions of currents containing a constant component flowing in the network windings, while simultaneously detecting the specific phase of the three-phase reactor in which damage occurs , i.e. protection must be in phase.

Техническим результатом является пофазная быстродействующая чувствительная защита управляемого шунтирующего реактора от витковых замыканий обмотки.The technical result is a phase-by-stage high-speed sensitive protection of a controlled shunt reactor against winding short circuits.

Технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве защиты шунтирующего реактора от витковых замыканий обмотки, имеющего две параллельные сетевые обмотки, расположенные на разных стержнях магнитопровода, каждая из которых расщеплена на две части и соединена с нейтральным выводом, содержащее трансформаторы тока с двумя первичными обмотками и вторичной обмоткой, подключенной к реагирующим органам защиты, новым является то, что управляемый шунтирующий реактор выполнен с источником постоянного тока подмагничивания, подключенным к сетевым обмоткам через нейтральные выводы, при этом первичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно с расщепленными частями этих же обмоток, расположенными на разных стержнях магнитопровода, а вторичные обмотки подключены к реагирующим органам защиты по дифференциальной схеме.The technical result is achieved due to the fact that in the known device for protecting a shunt reactor from winding short circuits, the winding has two parallel network windings located on different terminals of the magnetic circuit, each of which is split into two parts and connected to a neutral terminal containing current transformers with two primary windings and a secondary winding connected to the reactive protection bodies, new is that the controlled shunt reactor is made with a DC bias source I, connected to the network windings through neutral leads, while the primary windings of the current transformers are connected in series with the split parts of the same windings located on different rods of the magnetic circuit, and the secondary windings are connected to the reacting protection bodies in a differential circuit.

Такое включение трансформаторов тока позволяет исключить влияние постоянной составляющей тока, протекающей в сетевых обмотках, на подмагничивание трансформаторов тока, т.к. обеспечивает взаимную компенсацию магнитного потока в магнитопроводе трансформатора тока от составляющей постоянного тока в первичных обмотках и суммирование потока, и, следовательно, тока, от составляющей переменного тока. Таким образом, на вторичных обмотках каждого из двух трансформаторов тока получается сумма переменных составляющих токов двух из четырех обмоток шунтирующего реактора.This inclusion of current transformers eliminates the influence of the DC component of the current flowing in the network windings on the magnetization of current transformers, because provides mutual compensation of the magnetic flux in the magnetic circuit of the current transformer from the DC component in the primary windings and the summation of the flux, and therefore the current, from the AC component. Thus, on the secondary windings of each of the two current transformers, the sum of the alternating current components of two of the four windings of the shunt reactor is obtained.

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

Управляемый шунтирующий реактор проектируется и изготавливается так, чтобы минимизировать технологические различия в характеристиках стержней магнитопровода и сетевых обмоток. Кроме того, трансформаторы тока специально подбираются парами по характеристикам намагничивания, поэтому при включении вторичных обмоток трансформаторов тока по дифференциальной схеме в реагирующем органе защиты будет протекать практически только ток небаланса защищаемых обмоток.A controlled shunt reactor is designed and manufactured in such a way as to minimize technological differences in the characteristics of the magnetic core rods and network windings. In addition, current transformers are specially selected in pairs according to the magnetization characteristics, so when the secondary windings of the current transformers are turned on according to the differential circuit, practically only the unbalance current of the protected windings flows in the reactive protection body.

Предлагаемое устройство, показанное на фиг.1, представляет собой одну фазу трехфазного управляемого шунтирующего реактора с устройством защиты.The proposed device, shown in figure 1, is a single phase three-phase controlled shunt reactor with a protection device.

Однофазный управляемый шунтирующий реактор, показанный на фиг.1, содержит общую магнитную систему с двумя стержнями 1 и 2, намагничиваемыми источником постоянного тока подмагничивания 3 в противоположных направлениях. На каждом стержне магнитопровода расположена сетевая обмотка, расщепленная на две части. Расщепленная сетевая обмотка 4, 5 расположена на первом стержне магнитопровода, а расщепленная сетевая обмотка 6, 7 на втором. Сетевые обмотки стержней имеют общий линейный вывод 8, при этом каждая расщепленная часть соединена с отдельными нейтральными выводами 9, 10, выводимыми на крышку бака (на фиг. не показан) шунтирующего реактора. Через эти же нейтральные выводы источник постоянного тока подмагничивания 3 подключен к сетевым обмоткам. Устройство защиты содержит трансформаторы тока 11, 12 с двумя первичными обмотками 13 и вторичной обмоткой 14. Вторичные обмотки трансформаторов тока подключены к реагирующим органам защиты 15.The single-phase controlled shunt reactor, shown in figure 1, contains a common magnetic system with two rods 1 and 2, magnetized by a DC bias source 3 in opposite directions. On each core of the magnetic circuit there is a network winding split into two parts. The split network winding 4, 5 is located on the first core of the magnetic circuit, and the split network winding 6, 7 on the second. The network windings of the rods have a common linear terminal 8, with each split part connected to separate neutral terminals 9, 10 output to the tank cap (not shown in FIG.) Of the shunt reactor. Through the same neutral terminals, the DC bias source 3 is connected to the network windings. The protection device comprises current transformers 11, 12 with two primary windings 13 and a secondary winding 14. The secondary windings of the current transformers are connected to the reactive protection organs 15.

Ток шунтирующего реактора регулируется в результате насыщения стержней магнитопроводов 1, 2 однофазных реакторов постоянным магнитным потоком, создаваемым внешним источником постоянного тока подмагничивания 3, подключенного к нейтральным выводам 9, 10 сетевых обмоток реактора. Направление протекания постоянного тока по сетевым обмоткам реактора и первичным обмоткам 13 трансформаторов тока 11, 12 показано на фиг.1 тонкими стрелками. Переменный магнитный поток (толстые стрелки) в стержнях возбуждается напряжением сети, приложенным к общему линейному вводу 8 сетевой обмотки реактора. Направление магнитного потока от постоянного тока, в отличие от магнитного потока от напряжения сети, не изменяется во времени.The current of the shunt reactor is regulated as a result of saturation of the cores of the magnetic cores 1, 2 of single-phase reactors with a constant magnetic flux generated by an external bias DC source 3 connected to the neutral terminals 9, 10 of the reactor network windings. The direction of flow of direct current along the network windings of the reactor and the primary windings 13 of the current transformers 11, 12 is shown in figure 1 by thin arrows. An alternating magnetic flux (thick arrows) in the rods is excited by the mains voltage applied to the common linear input 8 of the reactor network winding. The direction of the magnetic flux from direct current, unlike the magnetic flux from the mains voltage, does not change in time.

Как показано на фигуре, в течение одного полупериода частоты сети, постоянный (тонкая стрелка) и переменный (толстая стрелка) магнитные потоки в первом стержне 1 однофазного реактора направлены встречно, во втором стержне 2 - согласно. Стержень с согласным направлением потоков частично или полностью насыщается и по его обмотке течет ток, имеющий вид однополупериодного выпрямления. Стержень со встречным направлением потоков остается ненасыщенным, ток в его обмотке практически отсутствует. В течение следующего полупериода переменный поток изменяет свое направление. В первом стержне направление потоков становится согласным, он насыщается и по его обмотке течет ток, имеющий вид однополупериодного выпрямления другой полярности. Во втором стержне потоки направлены встречно, стержень ненасыщен, ток практически отсутствует. Далее процесс повторяется. Таким образом, во вторичных обмотках 14 трансформаторов тока 11, 12, суммирующих токи обмоток разных стержней, протекает только переменный ток, образованный полуволнами токов разной полярности, сдвинутыми на полпериода частоты сети. Вторичные обмотки 14 трансформаторов тока 11, 12 включают по дифференциальной схеме и подключают к входу реагирующих органов защиты 15.As shown in the figure, during one half-period of the network frequency, the constant (thin arrow) and alternating (thick arrow) magnetic fluxes in the first rod 1 of the single-phase reactor are directed in the opposite direction, in the second rod 2 according to. A rod with a consistent direction of flow is partially or completely saturated, and a current flowing in the form of half-wave rectification flows through its winding. The rod with the opposite direction of flows remains unsaturated, the current in its winding is practically absent. During the next half-cycle, the variable flow changes its direction. In the first rod, the direction of flows becomes consonant, it saturates and a current flows through its winding, having the form of half-wave rectification of a different polarity. In the second rod, the flows are directed in the opposite direction, the rod is unsaturated, the current is practically absent. The process is then repeated. Thus, in the secondary windings of 14 current transformers 11, 12, summing the currents of the windings of different rods, only alternating current flows, formed by half-waves of currents of different polarity, shifted by half a period of the network frequency. The secondary windings 14 of the current transformers 11, 12 include a differential circuit and connect to the input of the reactive protection organs 15.

В нормальном режиме, при отсутствии замыканий в обмотках, при любых внешних возмущениях дифференциальный ток двух трансформаторов тока имеет минимальную величину, определяемую током небаланса и от которой отстраиваются реагирующие органы защиты. Схемотехника реагирующего органа защиты может быть реализована на любой элементной базе - электромеханической, полупроводниковой или цифровой.In normal mode, in the absence of short circuits in the windings, for any external disturbances, the differential current of two current transformers has a minimum value determined by the unbalance current and from which the reactive protection organs are detached. The circuitry of the reactive protection body can be implemented on any element base - electromechanical, semiconductor or digital.

При витковых замыканиях в, какой либо, сетевой обмотке одной из фаз трехфазного управляемого шунтирующего реактора, дифференциальный ток возрастает, что приводит к срабатыванию реагирующих органов защиты и отключению либо одной фазы, либо полностью управляемого шунтирующего реактора. При этом сразу определяется фаза реактора, в которой произошло короткое замыкание. Это позволяет существенно уменьшить временные и материальные затраты на ремонтно-восстановительные работы. Проектирование и изготовление управляемого шунтирующего реактора с учетом минимизации технологических различий характеристик стержней магнитопровода и сетевых обмоток, а также подбор трансформаторов тока по характеристикам намагничивания обеспечивает высокую чувствительность и быстродействие предлагаемого устройства защиты управляемого шунтирующего реактора.In case of windings in one of the network windings of one of the phases of a three-phase controlled shunt reactor, the differential current increases, which leads to the operation of the reactive protection organs and shuts down either one phase or a fully controlled shunt reactor. In this case, the phase of the reactor in which a short circuit occurred is immediately determined. This allows you to significantly reduce the time and material costs of repair work. The design and manufacture of a controlled shunt reactor taking into account the minimization of technological differences in the characteristics of the magnetic core rods and network windings, as well as the selection of current transformers according to the magnetization characteristics, provide high sensitivity and speed of the proposed protection device for a controlled shunt reactor.

Заявляемое устройство применяется для защиты от витковых замыканий и замыканий на корпус управляемых шунтирующих реакторов, используемых для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения на высоковольтных линиях электропередачи переменного тока и подстанциях электроэнергетических систем.The inventive device is used to protect against short circuits and short circuits to the body of controlled shunt reactors used to compensate for reactive power and voltage regulation on high voltage AC power lines and substations of electric power systems.

Источники информации:Information sources:

1. Федосеев A.M., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем. М. Энергоатомиздат, 1992.1. Fedoseev A.M., Fedoseev M.A. Relay protection of electric power systems. M. Energoatomizdat, 1992.

2. Патент RU №2126195. Устройство защиты управляемого реактора от внутренних коротких замыканий. Кл. Н02Н 7/045, опубл. 10.02.1999 г.2. Patent RU No. 2126195. Device for protecting a controlled reactor from internal short circuits. Cl. H02H 7/045, publ. 02/10/1999

3. Патент RU №2224343. Устройство защиты от витковых коротких замыканий обмотки индукционного аппарата. Кл. Н02Н 7/045, опубл. 20.02.2004 г. (прототип).3. Patent RU No. 2224343. Device for protection against coil short circuits of the winding of the induction apparatus. Cl. H02H 7/045, publ. 02/20/2004 (prototype).

Claims

A device for protecting a controlled shunt reactor against winding circuit faults having two parallel network windings located on different terminals of the magnetic circuit, each of which is split into two parts and connected to a neutral terminal, containing current transformers with two primary windings and a secondary winding connected to the reacting organs protection, characterized in that the controlled shunt reactor is made with a DC bias source connected to the network windings through a neutral e findings, the primary windings of the current transformers are connected in series with split parts of the windings located on different cores of the magnetic circuit, and the secondary windings are connected to the protection of reactive bodies differential circuit.