SU855815A1

SU855815A1 - Device for limiting short-circuiting current and overvoltage at high-voltage substation

Info

Publication number: SU855815A1
Application number: SU792743053A
Authority: SU
Inventors: Адольф Иванович Назаров
Original assignee: Производственно-Энергетическое Объединение "Днепроэнерго"
Priority date: 1979-03-29
Filing date: 1979-03-29
Publication date: 1981-08-15

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И НЕРЕНАПРЯЖЕНИР1 НА ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ(54) DEVICE FOR LIMITING SHORT CIRCUIT CURRENTS AND NON-RETURNED1 ON HIGH-VOLTAGE

1one

Изобретение относитс к электротехнике, в частности к устройствам, воздействующим на ограничение токов короткого замыкани и внутренних перенапр жений в мощных силовых сет х высокого напр жени .The invention relates to electrical engineering, in particular, to devices that act on the limitation of short-circuit currents and internal overvoltages in high-power high-voltage power networks.

Известно токоограничивающее устройство , содержащее силовую и управл ющую обмотки и включенное параллельно последней переменное сопротивление, состо щее из параллельно соединенных конденсатора и катушки индуктивности 1.A current-limiting device is known, comprising a power and control windings and a variable resistance connected in parallel to it, consisting of a parallel-connected capacitor and inductance 1.

Однако это токоограничиваюн1ее устройство не обеспечивает высокого быстродействи при срабатывании. Крбме того, в номинальном режиме работы зажигаемой цепи силова обмбтка имеет значительное реактивное сопротивление, что приводит к потер м реактивной мощности.However, this current-limiting device does not provide high response speed. In addition, in the nominal mode of operation of the lit circuit, the power obmbtok has significant reactance, which leads to the loss of reactive power.

Известно устройство дл защиты нейтрали трансформатора, снижающее коммутационные перенапр жени на обмотках трансформатора содержащее нась1щающийс реактор , который снабжен дополнительной обмоткой нодмагничивани , подключенной к источнику питани посто нного тока через контакты реле, обмотка которого включена в цепь обмотки подмагничивани . УстройПОДСТАНЦИИA device for protection of a transformer neutral is known, reducing switching overvoltages on the transformer windings containing an expanding reactor, which is provided with an additional magnetising node winding connected to a DC power source through the relay contacts, the winding of which is connected to the bias winding circuit. DeviceSupports

ство позвол ет снизить величину коммутационных перенапр жений 2.The structure allows to reduce the value of switching overvoltages 2.

Недостатками данного устройства вл ютс значительна инерционность «срабатывани устройства, обусловленна относительно большой но величине посто нной времени при включении обмотки управлени , повышенна величина тока однофазного короткого замыкани на землю, так как в режиме насыщени реактора нейтраль трансформатора оказываетс практически глухо заземленной, и необходимость в неза10 висимом источнике посто нного тока.The disadvantages of this device are the considerable inertia of the device actuation due to the relatively large constant time when the control winding is turned on, the increased single-phase short-circuit current, since the neutral of the transformer turns out to be almost deafly grounded in the reactor saturation mode and the need for dependent direct current source.

Но принципу действи , конструктивному исполнению и максимальному устранению недостатков названных устройств, наиболее близким к изобретению вл етс устройство But the principle of operation, the design and the maximum elimination of the shortcomings of these devices are the closest to the invention.

15 дл заземлени нейтрали трансформатора, снижающее не только коммутационные перенагф жени , но и повышающее быстродействие и эффективность ограничени токов однофазного короткого замыкани , содержащее насыщающийс реактор, обмотка пере20 менного тока которого включена в нейтраль обмоток силового трансформатора, а обмотка управлени подсоединена к источнику посто нного тока. Устройство снабжено защитным промежутком, трансформатором тока и быстродействующим автоматом. Защитный промежуток и трансформатор тока включены в цепь обмотки неременного тока, причем замыкающий контакт быстродействуюп его автомата подсоединен параллельно зап1итному промежутку, а размыкаюпшй контакт включен в цепь обмотки управлени посто нного тока 3.15 for grounding the transformer neutral, reducing not only switching surges, but also increasing the speed and efficiency of single-phase short-circuit currents, containing a saturating reactor, the alternating current winding of which is included in the neutral windings of the power transformer, and the control winding connected to a direct current source . The device is equipped with a protective gap, current transformer and high-speed automatic. The protection gap and the current transformer are connected to the non-alternating current winding circuit, the closing contact of its automatic circuit breaker is connected in parallel to the regular gap, and the open contact is connected to the DC control winding circuit 3.

Известное устройство имеет р д недостатков . Предварительно насыщенный реактор не ограничивает ток однофазного и двухфазного короткого замыкани на землю и величину дина.мических воздействий на электрообор )дование от ударных токов короткого замыкани . В 1ереходных режимах иасыщени реактора возможно возникновение резонансных и феррорезонансных перенапр жений на лини х электропередач, внутренних иеренапр жений на изол ции электротехнического оборудовани и коммутационных неренанр жений на линейных выключате .л х. Предварительное насыщение реактора до начала возникновени перенапр жений опасной величины приводит к необходи.мости иметь независимый источник питани посто нногО тока. Необходи.мость интеЕ1сификации увеличени сопротивлени иредварительно насыщенного реактора до оитимальной величииы перед отключением ли1 ейным выключателем тока короткого замыкани нриводит к необходимости иметь в цепи посто нного тока специальный .автомат .магнитного нол . Невоз-можность комплексного воздействи устройства на ограничение и при необходимости снижение параметров колебательных процессов но току и напр жению до безопасных величин.The known device has a number of disadvantages. The pre-saturated reactor does not limit the single-phase and two-phase short-circuit current to earth and the magnitude of the dynamic effects on electrical equipment from short-circuit shock currents. In transient and saturation regimes of the reactor, resonant and ferroresonant overvoltages on power lines, internal and external voltages on the insulation of electrical equipment, and switching non-annations on line switches can occur. Pre-saturation of the reactor prior to the onset of overvoltages of a dangerous magnitude leads to the need to have an independent DC power source. It is necessary to increase the resistance of the preliminarily saturated reactor to the utmost magnitude before shutting down the short circuit current switch, which makes it necessary to have a special magnetic zero circuit in the DC circuit. The impossibility of the complex effect of the device on limiting and, if necessary, reducing the parameters of oscillatory processes but current and voltage to safe values.

Цель изобретени - - иовыщение эффективности ограииче1 и токов короткого замыкани внутренних неренапр жений.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the limiting 1 and the short-circuit currents of internal non-voltages.

Поставленна цель достигаетс в устройстве дл ограничени токов коротко1о за.мыкани и перенапр жений на высоковольтной подстанции, содержащс.м насын1ающийс реактор, обмотка переменного тока которого с трансформатором тока включены в петраль обмоток силового трансформатора через искровой промежуток, а об.мотка управлени гюдключена к пезависи.мому источнику ггосто ниого тока через размыкающий контакт быстродействуюи1.его автомата, замыкаюи1 ,ий контакт которого подсоединен параллельно искровому промежутку, а обмотка управлени подключена к источнику питани через замыкающий контакт токового реле, подключенного к трансфо)матору тока и грозозащитный {разр дник, включенный в нейтраль об.моток силового трансформатора, благодар тому, что в него введен трехфазный трансформатор носледовательного включени , первичные обмотки каждой фазы включены в цепи соответствующих об.моток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены нараллельно и н унтированы дополнительно введенными и последовательно соединенны.ми конденсатором и катушкой индуктивности, настроенными в нормальном режиме в резонанс напр жений, при.этом конденсатор шунтирован дополнительно введенными и параллельно соединенными нелинейным ферромагнитным-элементом и вынр мительным блоком.The goal is achieved in a device for limiting short-circuit current and overvoltage currents at a high-voltage substation, containing a saturating reactor, the alternating current winding of which is connected to a current transformer through a spark gap, and the winding of the control is connected to the pezavisim to my source of current through the opening contact of the high-speed automatic machine of its circuit, the closed one, whose contact is connected in parallel to the spark gap, and the control winding connected to a power source through the closing contact of a current relay connected to the current transformer and a lightning-protective {de-energizer connected to the neutral of the windings of the power transformer, due to the fact that a three-phase on-line transformer is connected to it, the primary windings of each phase are included in the circuits corresponding windings of the power transformer, and the secondary windings are connected in parallel and unmounted by additionally inserted and series-connected capacitors and inductors, us triple in the normal mode to the resonance of voltages, while the capacitor is shunted by additionally inserted and connected in parallel by a nonlinear ferromagnetic element and a reinforcing unit.

При этом выпр мительный блок выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к конденсатору, а ко второй подключена обмотка управлени насыщающегос реактора.In this case, the rectifying unit is made in the form of a bridge, one diagonal of which is connected to the capacitor, and the control winding of the saturable reactor is connected to the second.

На чертеже изображена принципиальна электрическа схема устройства.The drawing shows a circuit diagram of the device.

К нейтрали 1 обмоток силового трансформатора через защитный про.межуток 2 нодключена обмотка 3 неременного тока насыщающегос реактора с подмагничиванием, другой конец этой обмотки заземлен через трансформатор 4 тока. Параллельно защитному промежутку 2 подключен за.мыкающий контакт 5, управл емый токовым реле 6. Обмотка 7 управлени насыщающегос реактора подключена к выпр мительному устройству 8. Силова обмотка 9 трансформатора последовательного включени в силовойTo the neutral 1 windings of the power transformer through the protective gap 2, the winding 3 of the non-alternating current of the saturating reactor with biasing is connected, the other end of this winding is grounded through the transformer 4 of the current. In parallel with the protective gap 2, an end contact 5, controlled by a current relay 6, is connected. The control winding 7 of the saturable reactor is connected to the rectifying device 8. The power winding 9 of the series transformer in the power transformer

5 цени неременного тока магнитно св зана с унравл ющей обмоткой 10, параллельно которой включен резонансный контур, состо щий из катугики 11 индуктивности и конденсатора 12, который заЕпунтирован нелинейным ферромагнитным эле.менто.м 13 и вьшр 0 мительиым устройством 8. Величины индуктивности катушки 11 и емкости конденсатора 12 выбираютс из услови обесиечени резонанса наир жений в нормальном режиме работы устройства. К нейтрали обмоток силового трансформатора подсоединен грозозащ .итный разр дник 14, а в силовую цепь переме1П1ого тока включен линейный ком .мутационный анпарат 15. Токовое реле 6 управл ет быстродействующим автоматом 16.5, the magnitude of the non-current current is magnetically connected with the control winding 10, in parallel with which is connected a resonant circuit consisting of an inductance coil 11 and a capacitor 12, which is connected by a nonlinear ferromagnetic element 13 and above with a device 8. The values of the coil 11 inductance and the capacitance of the capacitor 12 is selected from the condition for the dissipation of the resonances in normal operation of the device. To the neutral windings of the power transformer is connected a luminous glitter 14, and a linear switching device 15 is connected to the power circuit of the alternating current. The current relay 6 controls the high-speed circuit breaker 16.

0Принципиально устройство в услови х0Principle device in terms of

эксплуатации монтируетс в трехфазном исполнении, т.е. в каждой фазе сети включен трансформатор последовательного включени , у которого силова обмотка 9, включенна последовательно в фазу, магнитно св зана с управл ющей обмоткой 10.operation is mounted in a three-phase version, i.e. In each phase of the network, a series transformer is connected, in which the power winding 9, connected in series in phase, is magnetically connected to the control winding 10.

Однако резонансный контур, состо щий из последовательно соединенных катущки 11 индуктивности и конденсатора 12, выполн ет технические функции применительно кHowever, a resonant circuit consisting of series-connected inductance coils 11 and a capacitor 12 performs technical functions in relation to

0 любой из фаз в случае возникновени на них неренапр жений или токов короткого замыкаии .0 any of the phases in the event of non-overvoltages or short-circuit currents on them.

При возникновении в силовых цеп х переменного тока внутренних неренаир жений пониженных величин ниже пробивного нанр жени защитного промежутка 2, возрос1НИЙ ток в обмотке 9 трансформатора последовательного включени приводит к увеличению тока в цепи управл ющей об.мотки 10When internal non-radiations of lower magnitudes below the breakdown level of the protective gap 2 occur in the power circuits of the alternating current, an increase in the current in the winding 9 of the series transformer leads to an increase in the current in the control winding circuit 10

указанного трансформатора и падению напр жени на конденсаторе 12, что в свою очередь ведет к подпитке выпр мительного устройства 8, по влению посто нного тока в обмотке 7 управлени и, как следствие, доаварийному снижению величины сопротивлени обмотки 3 переменного тока peaKTOjia с подмагничиванием. Однако изол ции нейтрали силового трансформатора в данный момент времени сохран етс в изолированном состо нии и дополнительно способствует решению общей задачи снижени токов короткого замыкани до оптимальной величины во всей силовой сети. Кроме того, параллельное подключение выпр мительного устройства 8 с несимметричной вольт-амперной характеристикой, обеспечивающей преимущественное увеличение тока перед ростом приложенного напр жени , к нелинейному ферромагнитному элементу 13, имеющему .симметричную вольт-амперную характеристику , обеспечивающую относительно менее эффективное увеличение тока по сравнению с ростом приложенного напр жени , дает возможность, благодар результирующему эффекту щунтировки конденсатора 12, инденсифицировать снижение противодействующего магнитного потока, создаваемого управл ющей обмоткой 10, и увеличить сопротивление силовой обмотки 9 уже при воздействии относительно незначительной величины тока по сравнению с его допустимым значением .said transformer and voltage drop across capacitor 12, which in turn leads to recharge of rectifier device 8, the appearance of direct current in control winding 7 and, as a result, pre-emergency decrease in resistance of peaKTOjia winding 3 with magnetic bias. However, the isolation of the neutral of the power transformer at a given moment in time is kept in an isolated state and additionally contributes to solving the general problem of reducing the short circuit currents to the optimum value in the entire power network. In addition, parallel connection of a rectifier device 8 with an asymmetrical current-voltage characteristic, which provides a predominant increase in current before the applied voltage rises, to a nonlinear ferromagnetic element 13, having an .ymmetric current-voltage characteristic, providing a relatively less effective increase in current compared with the growth applied voltage, allows, due to the resultant bypassing effect of the capacitor 12, to indense the reduction of the magnetic flux produced by the control winding 10, and to increase the resistance of the power winding 9 already when exposed to relatively low values of current compared to its allowable value.

При дальнейщем развитии переходных процессов и возникновении в указанных цеп х опасных внутренних перенапр жений, пробиваетс защитный промежуток 2, нейтраль трансформатора 1 оказываетс заземленной через уже предварительно сниженное сопротивление обмотки 3 насып ающегос реактора в результате его насыщени , интенсивность которого обуславливаетс величиной посто нного тока в обмотке 7 управлени , который, в свою очередь, находитс в функциональной зависимости от предществующих режимов в сет х и взаимного вли ни параметров катущки индуктивности 11 и конденсатора 12. Дальнейщее снижение величины противодействующего магнитного потока, создаваемого управл ющей обмоткой 10, приводит к увеличению, сопротивлени обмотки 9, превраща ее по существу в линейный реактор, не только ограничивающий ток в соответствующей фазе силовой цепи, но и дополнительно способствующий предварительному снижению величины выпр мленного тока в обмотке 7 управлени в результате снижени напр жени на выпр мительном устройстве 8 по причине соответствующей шунтировки конденсатора 12 нелинейным ферромагнитным элементом 13.With the further development of transient processes and the occurrence of dangerous internal overvoltages in the above circuits, a protective gap 2 is punched, the neutral of the transformer 1 is grounded through the already pre-reduced resistance of the winding 3 of the spilled reactor as a result of its saturation, the intensity of which is caused by direct current in the winding 7 control, which, in turn, is in functional dependence on the pre-existing modes in the networks and the mutual influence of the parameters of the cat inductance 11 and capacitor 12. A further reduction in the magnitude of the opposing magnetic flux generated by the control winding 10 leads to an increase in the resistance of the winding 9, turning it essentially into a linear reactor, not only limiting the current in the corresponding phase of the power circuit, but also further contributing a preliminary decrease in the amount of rectified current in the control winding 7 as a result of a decrease in voltage on the rectifying device 8 due to the corresponding shunting of the capacitor 12 ynym ferromagnetic element 13.

Таким образом, в момент непосредственного ограничени внутренних перенапр жений уже осуществл етс процесс подготовки всего устройства дл ограничени токов короткого замыкани в случае их по влени в результате возможного возникновени э,кччтрическ()го пробо изол ции в сет х. TLIK. протекающий npii пробое защитного промежутка 2. В1 1зывает срабатывание токового реле 6. которое подает .ibc на срабатывание быстродействующего автомата 16 и замыкание контакта 5. llpii ограничении внутренних перенапр жснп ,ю величины ниже мин1 мально допустимой и отсутствии эл,ктрических пробоен изол ции Thus, at the time of directly limiting the internal overvoltages, the whole device is already being prepared for limiting short-circuit currents in the event of their occurrence as a result of the possible occurrence of this critical () disturbance in the networks. Tlik. A breakdown of the protection gap that flows through the npii. B1 1 causes the operation of the current relay 6. which supplies .ibc to the operation of the high-speed auto- mation 16 and the closure of the contact 5. llpii to limit the internal overvoltage, which is below the minimum permissible isolation

0 в сет х контакт 5 размыкаетс , ток в силовой цепи, а следовательно и в обмотке 9, уменьп1аетс . Осуществл етс обратный процесс, т.е. нелинейный ферромагнитный элемент 13 выходит из насыщени п в схеме восстанавливаетс режим резонанса нап5 р жений. Управл юща обмотка 10 при этом оказываетс короткозамкнутой в результате чего суммарное потоко-спепление обмоток уменьшаетс и обмотка 9, по отношению к силовой цепи, вновь представл ет собой 0 in networks, contact 5 opens, the current in the power circuit, and consequently in winding 9, decreases. The reverse process, i.e. the nonlinear ferromagnetic element 13 goes out of saturation; in the circuit, the resonance mode of the stresses is restored. In this case, the control winding 10 becomes short-circuited, as a result of which the total flow-winding decreases and the winding 9, in relation to the power circuit, is again

0 малое индуктивное сопротивление с минимальным потреблением реактивной мощности .0 low inductive resistance with minimal reactive power consumption.

Однако. Внутренние перенапр жени опасных вел11чнн могут витьс |ричиной электрического нробо изол ции п возникно5 вени токов короткого замыкани . При таком аварийном режиме в сет х устройство продолжает эффективное выполнение возложенных на него функщш. Практически полностью насыщенный нелинейный фер0 ромагнитный элемент 13, шунтиру конденсатор 12, способствует уве.тичению до максимальных расчетных величин сопротивлени обмотки 3 насьпцающегос реактора в результате снижени до минимальной величины посто нного тока в обмотке 7 управлени But. Internal overvoltages of hazardous types can be caused by the electric nrobo of isolation and short circuit currents. In this emergency mode, the device continues to efficiently perform the functions assigned to it in the networks. Almost completely saturated nonlinear ferromagnetic element 13, a shunt capacitor 12, helps to increase the maximum rated resistance values of the winding 3 of the endless reactor as a result of reducing to minimum the value of direct current in control winding 7

5 и обеспечивает необходимую расчетную величину сопротивлени обмотки 9 в результате снижени противоздействующего магнитного потока, создаваемого управл юще об моткой 10. Указанные комплексные воздействп устройства на ограничение токов 5 and provides the required calculated value of the resistance of the winding 9 as a result of a reduction in the counter-acting magnetic flux generated by the control winding 10. The indicated complex effects of the device on current limiting

Claims

0 short circuits ensure that they are reduced to the required values by successfully disconnecting the short-circuited phase using an switching device 15 and subsequently returning the device to the initial position according to the above mentioned processes. Under the conditions of operation of electrical equipment, insulation strength may decrease as a result of aging. or singular defects for a number of reasons, which leads to the emergence of thermal breakdown, accompanied by the occurrence of short-circuit currents at slightly x largest internal overvoltage x at a first time. The absence of a breakdown of the protective gap 2 contributes to an overall increase in the zero-sequence resistance in the network of the corresponding voltage, and therefore also to a reduction in the resulting short circuit current, while simultaneously limiting the indicated current in the circuit of the damaged phase by the resistance of the power winding 9, which has re-entered the linear reactor mode in connection with the occurrence of the above processes, the linear switch disconnects the 15 pre-reduced short-circuit current in damage The diving phase brings the device to its original position according to the previously mentioned phenomena automatically. However, in this case, as a result of the dynamic and thermal effects of short-circuiting currents on electrical equipment and the conductor part, damage to the specified equipment at substations or loss of network phases on power lines with the occurrence of internal overvoltages of hazardous quantities may occur. With such an emergency mode in the networks, the device also very successfully ensures the effective performance of the functions assigned to it, because after the new phase switch is turned off, the short-circuit current disappears, the Bernie current 9 returns to its original state the power winding 9 with an almost instantaneous charging of the quick-release device 8 according to the instructions above the phenomena and lowering the resistance of the winding 3 of the collapsed reactor en.1e before the start of the phobo protective gap 2. In the case of the instantaneous occurrence of inside-1 overvoltages quantities, to tend novtspennyh frequency compared with industrial frequency, triggered protective arrester 14 and restricts said overvoltage. The increase in the sum of the inductive component in the short-circuit current of the PA line with the electronic device contributes to a reduction in the resulting value of the restoration of the PA on the opening contacts of the switching apparatus 15 and to ease the disconnection conditions and the voltage drop on the power winding of the transformer 9 working in the reactor mode in the short-circuit current mode, reduces the voltage of the paspccein reactor and, therefore, in the neutral ca power the transformer. The technical and economic efficiency of the proposed device is determined by the fact that its use in networks of higher voltage classes essentially improves the reliability of the main electrical equipment and power lines in the power industry. The device can be unchanged. Not only in high voltage power grids, but also in various electrical devices to effectively limit short-circuit currents and internal overvoltages. Claim 1. A device for limiting short-circuit currents and overvoltages at a high-voltage substation, containing an expanding reactor, whose alternating current winding with a current transformer is connected to the neutral windings of a power transformer through a spark gap, and the control winding is connected to an independent DC source through a disconnect the contact of the high-speed automat, the closing contact of which is connected in parallel to the spark gap, and the control winding is connected to To the power source, through the closing contact of the current relay connected to the current transformer and the lightning protection arrester included in the neutral of the windings of the power transformer, characterized in that, in order to increase the complex efficiency of limiting short-circuit currents and internal overvoltages, a three-phase serial transformer is introduced into it the primary windings of each phase are included in the circuits of the respective windings of the power transformer, and the secondary windings are connected in parallel and additional ones are shunted The capacitors and the inductance connected in series and connected in series are tuned to normal voltage resonance, in which case the capacitor is shunted by additionally injected and connected in parallel nonlinear ferromagnetic element and rectifier unit. 2. The device according to claim 1, characterized in that the rectifying unit is made in the form of a bridge, one diagonal of which is connected to the capacitor, and the control winding of the saturable reactor is connected to the second. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate 42190, cl. H 02 And 9/02, 1934.

2. Authors certificate of the USSR Co 478387, cl. H 02 H 1/04, 1973.

3. USSR author's certificate number 550713, cl. H 02 B 1/16, H 02 H 9/02, 1977 (prototype).