SU864423A1

SU864423A1 - Device for limiting short-circuiting currents and overvoltages at high-voltage substation

Info

Publication number: SU864423A1
Application number: SU792786832A
Authority: SU
Inventors: Адольф Иванович Назаров
Original assignee: Производственное Энергетическое Объединение "Днепроэнерго"
Priority date: 1979-06-27
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1981-09-15

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может найти применение на высоковольтных подстанци х, где необходимо ограничение токов короткого замыкани и внутренних перенапр жений . Известно устройство дл ограничени тока короткого замыкани на высоковольтной подстанции, содержащее трансформатор с заземленной нейтраль и с обмотками пониженного напр жени соединенными в треугольник и снабженными реакторами, причем каждый реактор выполнен сдвоенным с объединенными крайними выводами и включен последовательно с обмотками низкого напр жени трансформатора, а его средний вывод может подключатьс к нагрузке 1. Однако данное устройство характеризуетс необходимостью об зательного заземлени нейтрали обмотки вы сокого напр жени с целью сохранени ее изол ции от электрического пробо при воздействии опасных величин внутренних перенапр жений ; невозможностью ограничени внутренних перенапр жений в мощных силовых сет х высокого напр жени , которые в боль шинстве Ьлучаев вл ютс предшествую щими факторами по влени токов короткого замыкани ; невозможностью Эффективного снижени ударных токов короткого замыкани опасных величин, возникающих в начале первого полупериода колебаний мгновенных значений аварийного тока, которые и привод т к частым повреждени м силовых трансформаторов в результате динамических воздействий; отсутствием комплексного воздействи устройства на снижение параметров тока и напр жени при кратковременных колебательных процессах в сет х до безопасных величин с точки зрени существующих конструкций и уровней изол ции современного электротехнического оборудовани . В нормальном режиме работы трансформатора -при протекании токов нагрузки через сдвоенные реакторы, подключенные к обмоткам пониженного напр жени , соединенным в треугольник , имеютс дополнительные потери электрической энергии. Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл заземлени нейтрали трансформатора, снижающее не только коммутационные перенапр жени , но и повышающее быстродействие и эффективность ограничени токовThe invention relates to electrical engineering and can be used at high voltage substations where it is necessary to limit short-circuit currents and internal overvoltages. A device for limiting short-circuit current to a high-voltage substation is known, which contains a transformer with a grounded neutral and low-voltage windings connected in a triangle and equipped with reactors, each reactor being doubled with combined extreme leads and connected in series with the windings of a low voltage transformer, and The middle terminal can be connected to the load 1. However, this device is characterized by the necessity of the grounding of the neutral of the winding. okogo voltage in order to maintain its insulation from electrical breakdown when exposed to dangerous quantities of internal overvoltages; the impossibility of limiting internal overvoltages in powerful high-voltage power grids, which in most cases are preceding factors for the appearance of short-circuit currents; the impossibility of effectively reducing the shock currents of short-circuiting dangerous quantities that occur at the beginning of the first half-cycle of oscillations of the instantaneous values of the emergency current, which often cause damage to power transformers as a result of dynamic effects; the lack of a complex effect of the device on the reduction of current parameters and voltage during short-term oscillatory processes in networks to safe values from the point of view of existing structures and insulation levels of modern electrical equipment. In normal operation of a transformer, when load currents flow through twin reactors connected to low-voltage windings connected in delta, there is an additional loss of electrical energy. The closest to the present invention is a device for earthing a transformer neutral, reducing not only switching overvoltages, but also increasing the speed and efficiency of current limiting

однофазного короткого замыкани , содержащее нась(1ща ощийс реактор, обмотка переменного тока которого включена в нейтраль обмоток силового трансформатора, а обмотка управлени подсоединена к источнику посто нного тока, заощтный промежуток, трансформатор тока и быстродействующий автомат, защитный промежуток и трансформатор тока включены в цепь Ъбмотк-и переменного тока, причем замыкающий контакт быстродействующего автомата подсоединен параллельно защитному промежутку, а размыкающий контакт автомата гашени пол вк тючен в цепь обмотки управлени посто нного тока. 2 ,single-phase short circuit containing a nasi (1 is a common reactor, the AC winding of which is included in the neutral windings of the power transformer, and the control winding is connected to a DC source, a power gap, a current transformer and a high-speed circuit breaker, a protective gap and a current transformer are included in the coil circuit - and alternating current, with the closing contact of the high-speed automat being connected in parallel to the protective gap, and the disconnecting contact of the automaton arming the floor of the motor to the circuit DC control windings. 2,

Недостатки данного устройства заключаютс в TOMf что предварительно насыщенный реактор не ограничивает ток однофазного короткого замыкани на землю и величину динамических воздействий на электрооборудование от ударных токов короткого замыкани ; в переходных режимах насыщени реактора , учитыва наличие только электрческой св зи его обмотки с обмотками высокого напр жени трансформатора., возможно возникновение резонансных и феррорезонанснЕлх перенапр жений на лини х электропередач, внутренних перенапр жений на изол ции электротехнического оборудозакил и коглглутадионных перенапр жений на линейных выключател х; предварительное насыщение реактора до начала возникновени перенапр жений опасной величины приводит к необходимости иметь независимый источник посто нного тока достаточной мощности; необходимость интенсификации увеличени сопротивлени предварительно насыщенного реактора до оптимальной величины перед отключением линейным выключателем тока короткого замыкани приводит к необходимости иметь в цепи посто нного тока, специальный автомат гашени магнитного пол , невозможность одновременного комплексного воздействи устройства на ограничение и при необходимости снижение параметров колебательных процессов по току и напр жению до безопасных величин; необходимость больших диапазонов коэффициентов регулировани и токоограничени , привод щих к необходимым габаритам устройства, соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных мощностей .The disadvantages of this device are in the TOMf that the pre-saturated reactor does not limit the single-phase short-circuit current to earth and the magnitude of the dynamic effects on the electrical equipment from the shock short-circuit currents; in transient modes of saturation of the reactor, taking into account the presence of only the electrical connection of its windings with the windings of a high voltage transformer. ; Pre-saturation of the reactor prior to the onset of overvoltages of a dangerous magnitude makes it necessary to have an independent DC source of sufficient power; the need to intensify the increase in the resistance of the pre-saturated reactor to the optimum value before switching off the short circuit current with a linear switch leads to the need to have a special magnetic field quencher in the DC circuit, the impossibility of simultaneous complex effect of the device on limiting and, if necessary, reducing the parameters of oscillatory processes with respect to current and voltage up to safe values; the need for large ranges of regulation coefficients and current limiting, leading to the necessary dimensions of the device, commensurate with the dimensions of power transformers of similar capacity.

Цель изобретени - повышение эффективности ограничени .The purpose of the invention is to increase the effectiveness of the restriction.

Поставленна цель достигаетс тем что в устройстве дл ограничени токов короткого замыкани и перенапр жений на высоковольтной подстанции, содержащем насыщаюгдийс реактор, рабоча обмотка которого через искровой промежуток включена последовательно с трансформатором тока в нейтраль силового трансформатора, снабженного обмоткой, соединенной в треугольник , а обмотка управлени подключена к внешнему источнику посто нного тока через размыкающий контакт быстродействующего автомата, замыкающий контакт которого включен параллельно искровому промежутку, а обмотка управлени подключена к источнику питани через замыкающий контакт токового реле, включенного в цепь трансформатора тока, и разр дник , включенный-между нейтралью силового трансформатора и землей, насыщающийс реактор снабжен дополнительной обмоткой, магнитно св занной с обмотками реактора и включенной в рассечку треугольника обмоток силового трансформатора.The goal is achieved by the fact that in a device for limiting short-circuit currents and overvoltages at a high-voltage substation, which contains a satuated reactors, the working winding of which is connected in series with the current transformer to the neutral of a power transformer equipped with a delta-connected winding, and the control winding is connected to an external source of direct current through the opening contact of the high-speed automatic device, the closing contact of which is switched on in parallel But the spark gap and the control winding are connected to the power source through the closing contact of the current relay connected to the current transformer circuit and the arrester connected between the neutral of the power transformer and the ground, the saturating reactor is provided with an additional winding magnetically connected to the windings of the reactor and turned on in rassechku triangle windings of a power transformer.

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

К нейтрали 1 обмоток силового трансформатора через защитный промежуток 2 подключена обмотка 3 переменного тока насыщающегос реактора с подмагничиванием, другой конец этой обмотки заземлен через трансформатор 4 тока. Параллельно защитному промежутку 2 подсоединен замыкающий контакт 5, работакндий от реле б тока. Обмотка 7 управлени насыщающегос реактора 3 подключена к источнику посто нного тока, а обмотка 8 переменного тока насыщающегос реактора 3 магнитно св зана с указанными обмотками реактора и электрически св зана с третичной обмоткой 9 силового трансформатора. Указанный замыкающий контакт 5 и размыкающий контакт 10 быстродействующего автомата 11 в цепи посто нного тока работает от воздействий токового реле б. Отключение токов короткого замыкани в сет х осуществл етс линейными выключател ми 12, а защита изол ции устройства и силового трансформатора от грозовых воздействий и кратковременных воздействий внутренних перенапр жений осуществл етс разр дником 13, подключенным к нейтрали силового трансфор|Матора параллельно предлагаемому устройству.The neutral winding 1 of the power transformer through the protective gap 2 is connected to the alternating current winding 3 of the saturating reactor with biasing, the other end of this winding is grounded through the current transformer 4. Parallel to the protective gap 2, the closing contact 5 is connected, working from the current relay b. The control winding 7 of the saturating reactor 3 is connected to a direct current source, and the AC winding 8 of the saturating reactor 3 is magnetically connected to said reactor windings and electrically connected to the tertiary winding 9 of a power transformer. The specified closing contact 5 and the opening contact 10 of the high-speed circuit breaker 11 in the DC circuit are operated by the effects of the current relay b. The short-circuit currents in the networks are disconnected by linear switches 12, and the insulation of the device and the power transformer is protected from lightning and short-term effects of internal overvoltages by a 13, connected to the neutral of the power transformer parallel to the proposed device.

При возникновении в силовых цеп х переменного тока внутренних перенапр жений пониженных величин ниже пробивного напр жени защитного промежутка 2 изолированна нейтраль 1 силового трансформатора способствует повьппению общей эффективности ограничени однофазных токов короткого замыкани в сет х при обеспечении необходимой эффективности ограничени внутренних перенапр жений в результате того, что третична обмотка 9 силового трансформатора практически находитс в Зсмкнутом состо -НИИ за счет минимальной величины сопротивлени обмотки 8 по причине предварительного насыщени реакторапосто нным током обмотки 7 управлени . При дальнейшем развитии переходных процессов и возникновении в указанных цеп х опасных внутренних перенапр жений пробиваетс защитный промежуток 2, нейтраль 1 трансформатора оказываетс заземленной через ,уже предварительно сниженное сопротивление обмотки 3 насыщающегос реактора в результате его насыщени эффективность которого обуславливаетс незначительной величиной посто нного тока в обмотке 7 управлени . Одновременно возрастает эффективност вли ни третичной обмотки 9, замкнутой через сопротивление обмотки 8 минимально расчетной величины на ограничение возросших внутренних перенапр жений . Однако внутренние перенапр жени опасных величин могут витьс причиной электрического пробо изол ции и возникновени тока короткого замыкани , который,протека через ранее замкнутый контакт 5 и трансформатор 4 тока, вызывает срабатывание токового реле б с подачей импульсов на срабатывание быстродействующего автомата 11 размыкающего контакта 10 и рбеспечивгшзщего сохранение контакта 5 в замкнутом состо нии при снижении внутренних перенапр жений ниже минимально допустимой величины. Таким образом, в момент возникновени тока короткого замыкани уже осуществл етс предварительный комплексный процесс его эффективного ограничени до отключени линейного выкл1%чател 12 замкнувшейс фазы в результате увеличени сопротивлений обмотки 3 насыщающегос реактора в нейтрали 1 силового трансформатора и обмотки 8 указанного реактора в цепи третичной обмотки 9 названного трансформатора. После отключени линейных выключателей 12 и устранени тока короткого замыкани устройство возвращаетс в исходное положение.When internal overvoltages of reduced magnitudes below the breakdown voltage of the protective gap 2 occur in the power circuits of an alternating current, the isolated neutral 1 of the power transformer contributes to the overall effectiveness of limiting single-phase short-circuit currents in networks, while ensuring the necessary efficiency of limiting internal overvoltages due to the fact that the tertiary winding 9 of the power transformer is practically in the closed state - the SRI due to the minimum value of resistance and winding 8 due to pre-saturation of the reactor voltage of control winding 7. With the further development of transients and the occurrence of dangerous internal overvoltages in these circuits, a protective gap 2 is punched, the transformer’s neutral 1 is grounded through the previously reduced resistance of the winding 3 of the saturating reactor as a result of its saturation, which is caused by an insignificant amount of direct current in the winding 7 management At the same time, the efficiency of the effect of the tertiary winding 9 closed through the resistance of the winding 8 of the minimum calculated value to limit the increased internal overvoltages increases. However, internal overvoltages of hazardous quantities can be caused by electrical breakdown and the occurrence of a short circuit current, which, having flowed through the previously closed contact 5 and current transformer 4, triggers the current relay b with pulses to trip the automatic circuit breaker 11 of the break contact 10 and keeping contact 5 in a closed state while reducing internal overvoltages below the minimum permissible value. Thus, at the moment of occurrence of the short circuit current, a preliminary complex process of its effective limitation is already underway before switching off the linear off 1% of the closed phase 12 due to an increase in the resistance of the winding 3 of the saturating reactor in the neutral 1 of the power transformer and the winding 8 of the specified reactor in the tertiary winding 9 named transformer. After disconnecting the linear switches 12 and removing the short-circuit current, the device returns to its original position.

В услови х эксплуатации электротехнического оборудовани возможно снижение прочности изол ции в результате ее старени или невы вленных дефектов по целому р ду причин, что приводит к возникновению теплового, пробо , сопровождак цегос возникновением токов короткого замыкани при незначительных по величине внутренних перенапр жени х в первый момент времени. Отсутствие пробо защитного промежутка 2 способствует общему-увеличению сопротивлени нулевой последовательности в сети соответствующего напр жени , а следовательно и снижению результирующей величины тока короткого замыкани при сохранении всего устройства в исходном -состо нии как до, так и после отключени линейным выключателем 12 тока короткого замыкани в повредившейс фазе. В случае мгновенного возникновени внутренних перенапр жений опасных величин, как правило превышенных частот по сравнению с промышленной чстотой , срабатывает защитный разр дник 13 и ограничивает указанные перенапр жени . Более того современные защитные разр дники отечественного производства обеспечивают надежное ограничение внутренних перенапр жени даже пониженных частот по сравнению с промышленной частотой в течение нескольких полупериодов. Этим требовани м вполне соответствуют магнитно-вентильные разр дники с использованием в качестве нелинейного сопротивлени тервита и магнитного дуть , повышающих термическую устойчивость . Таким образом, врем успешной работы защитного разр дника вл етс вполне дост;аточныМ с точки зрени времени полной подготовки устройства к аварийным режимам сети. Эффективное увеличение с помощью предлагаемого устройства сумг- арной величины сопротивлени нулевой последовательности при относительно меньшей величине индуктивного сопротивлени обмотки 3 нейтрали. 1 силового трансформатора за счет эффективного вли ни обмотки 8 насыщающегос дроссел , электрически св занной с третичной обмоткой 9 указанного трансформатора, способствует снижению результирующей величины восстанавливающегос напр жени на размыкающихс силовых контактах выключателей 12 и облегчению условий отключени . Технико-экономическа эффективность предлагаемого устройства определ етс тем, что его исползование в сет х высших классов напр жений существенно повышает надежность работы основного электротехнического оборудовани и линий электропередач в энергетике. Важным преимуществом предлагаемого устройства вл етс комплексное ограничение токов короткого замыкани и внутренних перенапр жений при повышении его быстродействи . Устройство может быть применено не только в энергосет х высокого напр жени , но и в различных электрических аппаратах дл эффективного ограничени токов короткого замык-ани и внутренних перенапр жений .Under the conditions of electrical equipment operation, insulation strength may decrease as a result of its aging or undetected defects for a whole number of reasons, which leads to thermal, breakdown, accompanied by short circuit currents at insignificant internal overvoltages at the first moment. of time. The absence of a breakdown of the protection gap 2 contributes to a general increase in the zero-sequence resistance in the network of the corresponding voltage, and consequently to a decrease in the resulting magnitude of the short-circuit current while maintaining the entire device in the initial state both before and after switching off the short circuit current by the linear switch 12 damaged phase. In the case of the instantaneous occurrence of internal overvoltages of hazardous quantities, usually exceeded frequencies as compared with industrial sensitivity, the protective voltage 13 triggers and limits the indicated overvoltages. Moreover, modern protective dischargers of domestic production provide a reliable limitation of internal overvoltages, even of lower frequencies, as compared to the industrial frequency for several half-periods. Magnetic valve arresters are quite adequate for these requirements, using tervit and magnetic blowing as nonlinear resistance, which increase thermal stability. Thus, the time of successful operation of the protection gaiter is quite adequate, at least from the point of view of the time the device is fully prepared for the emergency modes of the network. Effective increase with the help of the proposed device, the total value of the zero-sequence resistance with a relatively smaller value of the inductive resistance of the winding 3 of the neutral. 1, due to the effective effect of the winding 8 of the saturable throttle, electrically connected to the tertiary winding 9 of the specified transformer, reduces the resulting magnitude of the restoring voltage on the opening power contacts of the switches 12 and facilitates the tripping conditions. The technical and economic efficiency of the proposed device is determined by the fact that its use in the networks of higher classes of voltage significantly increases the reliability of the main electrical equipment and power lines in the power industry. An important advantage of the proposed device is the complex limitation of short-circuit currents and internal overvoltages while increasing its speed. The device can be used not only in high-voltage power grids, but also in various electrical devices to effectively limit short-circuit currents and internal overvoltages.

Claims

1. USSR author's certificate No. 595826, cl. H 02 H 9/02, 1978.

2. USSR author's certificate number 550713, cl. H 02 B 1/16,

H 02 -N 9/02, 1977 (prototype).